JP6727322B2 - Hydrophobic polyethylene membrane for use in degassing, degassing and membrane distillation processes - Google Patents

Hydrophobic polyethylene membrane for use in degassing, degassing and membrane distillation processes Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2016年3月18日に出願された米国特許仮出願第62/310378号(この出願の全体がすべて、出典明示により本明細書に援用される。)の利益を主張する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is the benefit of US Provisional Application No. 62/310378, filed Mar. 18, 2016, the entire contents of which are hereby incorporated by reference. Insist.

疎水性膜は、ガス抜き、脱ガス及び膜蒸留を含む様々なプロセスにおいて使用されている。 Hydrophobic membranes are used in various processes including degassing, degassing and membrane distillation.

ガス抜き操作は、バイオリアクター内の滅菌環境を維持するために、医薬品製造を含む様々な製造プロセスにおいて実施される。典型的には、ガス抜き操作は、反応チャンバーなどのチャンバーからガスが抜けるようにする一方、水、並びに細菌、ウイルス及び真菌などの病原体がチャンバーに入るのを防ぐ。この意味で、膜はフィルターのようにふるまう。ガス抜き装置は、米国特許第8852324号及び第8430114号に記載のものなど、当技術分野において既知であり、疎水性膜は、典型的には、それら及び同様の装置の部品である。 Degassing operations are performed in various manufacturing processes, including pharmaceutical manufacturing, to maintain a sterile environment within the bioreactor. Typically, the degassing operation allows gas to escape from a chamber, such as a reaction chamber, while preventing water and pathogens such as bacteria, viruses and fungi from entering the chamber. In this sense, the membrane behaves like a filter. Degassing devices are known in the art, such as those described in US Pat. Nos. 8,852,324 and 8,430,114, and hydrophobic membranes are typically part of them and similar devices.

上述の3つのプロセスのそれぞれについて、膜は、特定の性能要件を満たすべきである。膜は、できるだけ疎水性であるべきであり、これは、水が膜を通過するのを防ぐ。関連して、膜は、水、又は水中の40%イソプロピルアルコール(IPA)などの別の湿潤溶媒と接触したとき、濡れるべきではない。膜の孔径は、病原体が膜を横切るのを防ぐために、十分に小さくすべきである。膜は滅菌できる必要があり、これは、ガンマ線に曝露時に、膜がその構造的完全性を維持すべきであることを意味する。さらに、高流量のガスを許容する膜が望ましい。 For each of the above three processes, the membrane should meet certain performance requirements. The membrane should be as hydrophobic as possible, which prevents water from passing through the membrane. Relatedly, the membrane should not wet when contacted with water or another wetting solvent such as 40% isopropyl alcohol (IPA) in water. The pore size of the membrane should be small enough to prevent pathogens from crossing the membrane. The membrane must be sterilizable, which means that the membrane should maintain its structural integrity upon exposure to gamma radiation. Further, a membrane that allows a high flow rate of gas is desirable.

膜は現在、脱ガス操作において使用されているが、上で概説した基準のうちの一又は複数に関して、その性能を改善することが望ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜は、疎水性であり、高い空気透過率を可能にするが、ガンマ線で滅菌できない。ポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜は、高い空気透過率を持たず、PTFEほど疎水性ではないため、特定の条件下で濡れる。超高分子量ポリエチレン膜を含むポリエチレン膜は、PTFEほど疎水性ではないため、容易に濡れ、ガス抜き、脱ガス及び膜蒸留における使用に適しているとは考えられない。したがって、上述の基準のうちの一又は複数に関して改善された特性を有する膜が望ましい。 Although membranes are currently used in degassing operations, it is desirable to improve their performance with respect to one or more of the criteria outlined above. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE) membranes are hydrophobic, allowing high air permeability, but cannot be gamma sterilized. Polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes do not have high air permeability and are not as hydrophobic as PTFE, so they wet under certain conditions. Polyethylene membranes, including ultra high molecular weight polyethylene membranes, are not as hydrophobic as PTFE and therefore are not considered readily suitable for use in wetting, degassing, degassing and membrane distillation. Therefore, a film having improved properties with respect to one or more of the above criteria is desirable.

本開示の実施態様は、約10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率、約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギー、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約5psi−約25psiの範囲内の液体侵入圧力、及び膜の一又は複数の表面の表面エネルギーを変化させる過フッ素化モノマーを有する表面修飾多孔質ポリエチレン膜を含む。ポリエチレン膜の分子量は、いくつかの実施態様において、約2,000,000ダルトン−約9,000,000ダルトンの範囲内にすることができる。過フッ素化モノマーは、パーフルオロアクリレート、又はパーフルオロ-n-オクチルアクリレートなどのパーフルオロ-n-アルキルアクリレートにすることができる。いくつかのバージョンにおいて、空気透過率は、約10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約6.1slpm/cmの範囲内に、又は約10psiで測定されたとき、約5.4slpm/cmにすることができる。いくつかのバージョンにおいて、表面エネルギーは、約21dyne/cm−約23dyne/cmの範囲内に、又は約21.5dyne/cmにすることができる。いくつかのバージョンにおいて、液体侵入圧力は、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約20psi−約25psiの範囲内に、又はメタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約22psiにすることができる。特定の一バージョンにおいて、空気透過率は、約10psiで測定されたとき、約5.4slpm/cmであり、表面エネルギーは約21.5dyne/cmであり、液体侵入圧力は、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約22psiである。本開示のいくつかのバージョンにおいて、膜は、膜の表面を修飾する前に、一軸伸張又は二軸伸張されてもよい。膜は、ASTM F838−05(2013)により判定されるような細菌保持性である。 Embodiments of the present disclosure have an air permeability in the range of about 4.9 slpm/cm 2 to about 9.4 slpm/cm 2 , when measured at about 10 psi, in the range of about 15 dyne/cm to about 25 dyne/cm. Surface energy, liquid entry pressures in the range of about 5 psi to about 25 psi, and perfluorinated monomers that change the surface energy of one or more surfaces of the membrane, as measured in a 80:20 methanol:water solution. Including a surface modified porous polyethylene membrane having. The molecular weight of the polyethylene membrane can range from about 2,000,000 daltons to about 9,000,000 daltons in some embodiments. The perfluorinated monomer can be a perfluoroacrylate or a perfluoro-n-alkyl acrylate such as perfluoro-n-octyl acrylate. In some versions, the air permeability, when measured at about 10 psi, about 4.9slpm / cm 2 - when in the range of about 6.1slpm / cm 2, or measured at about 10 psi, about 5 It can be 0.4 slpm/cm 2 . In some versions, the surface energy can be in the range of about 21 dyne/cm to about 23 dyne/cm, or about 21.5 dyne/cm. In some versions, the liquid entry pressure is in the range of about 20 psi to about 25 psi when measured in a methanol:water 80:20 solution, or when measured in a methanol:water 80:20 solution. It can be about 22 psi. In one particular version, the air permeability is about 5.4 slpm/cm 2 , the surface energy is about 21.5 dyne/cm, and the liquid entry pressure is methanol:water 80 when measured at about 10 psi. : 22 psi when measured in a 20 solution. In some versions of the disclosure, the membrane may be uniaxially or biaxially stretched prior to modifying the surface of the membrane. The membrane is bacteria-retentive as determined by ASTM F838-05 (2013).

本開示の一実施態様は、伸張多孔質ポリエチレン膜及び伸張多孔質ポリエチレン膜の一又は複数の表面を修飾する過フッ素化モノマーを含むベント膜であり;ベント膜は、ASTM F838−05/R(2013)により判定される細菌保持性であり、且つ約10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率;及び約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有する。 One embodiment of the present disclosure is a vent membrane comprising an expanded porous polyethylene membrane and a perfluorinated monomer that modifies one or more surfaces of the expanded porous polyethylene membrane; the vent membrane is ASTM F838-05/R( 2013) and the air permeability in the range of about 4.9 slpm/cm 2 to about 9.4 slpm/cm 2 when measured at about 10 psi; and about 15 dyne/cm −. It has a surface energy in the range of about 25 dyne/cm.

いくつかのバージョンにおいて、ポリエチレン膜の分子量は、約1,000,000ダルトン−約9,000,000ダルトン又は約1,500,000ダルトン−約2,500,000ダルトンである。 In some versions, the molecular weight of the polyethylene membrane is about 1,000,000 Daltons-about 9,000,000 Daltons or about 1,500,000 Daltons-about 2,500,000 Daltons.

ベント膜のいくつかの実施態様において、膜の表面を修飾する前又は後の何れかに、ポリエチレン膜が二軸伸張される。開示されるいくつかの実施態様において、ベント膜は、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約8MPa−約12MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.2mm/mm−約0.3mm/mmの引張歪みを有し、且つベント膜は、少なくとも約25kGyのガンマ線線量によるベント膜のガンマ線処理後に、クロスウェブ方向に測定されるメガパスカル単位で約5MPa−約8MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.3mm/mm−約0.5mm/mmの引張歪みを有する。 In some embodiments of the vent membrane, the polyethylene membrane is biaxially stretched either before or after modifying the surface of the membrane. In some disclosed embodiments, the vent membrane has a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 8 MPa to about 12 MPa in megapascals and about 0.2 mm/mm to about 0.3 mm/mm/mm. and a vent membrane having a tensile strain of from about 5 MPa to about 8 MPa in megapascals measured in the cross-web direction and a millimeter/millimeter after gamma ray treatment of the vent membrane with a gamma ray dose of at least about 25 kGy. It has a tensile strain of about 0.3 mm/mm to about 0.5 mm/mm.

本開示のいくつかの実施態様において、伸張多孔質ポリエチレン膜は超高分子量ポリエチレンである。他の実施態様において、伸張ポリエチレン膜は、約100,000ダルトン−約1,000,000ダルトンの範囲内にすることができる分子量を有するポリエチレンである。ポリエチレンの分子量は、本明細書に記載のMark−Houwink式を用いて求めることができる。 In some embodiments of the present disclosure, the expanded porous polyethylene membrane is ultra high molecular weight polyethylene. In another embodiment, the stretched polyethylene membrane is polyethylene having a molecular weight that can be in the range of about 100,000 daltons to about 1,000,000 daltons. The molecular weight of polyethylene can be determined using the Mark-Houwink equation described herein.

ベント膜のいくつかの実施態様において、過フッ素化モノマーは、パーフルオロ-n-オクチルアクリレートなどのパーフルオロ-n-アルキルアクリレートである。 In some embodiments of the vent membrane, the perfluorinated monomer is a perfluoro-n-alkyl acrylate, such as perfluoro-n-octyl acrylate.

ベント膜のいくつかの実施態様において、ベント膜は、約21dyne/cm−約23dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有する。 In some embodiments of the vent membrane, the vent membrane has a surface energy within the range of about 21 dyne/cm to about 23 dyne/cm.

ベント膜のいくつかの実施態様において、あるガンマ線線量によるガンマ線処理前のベント膜は、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約12MPa−約16MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.5mm/mm−約0.9mm/mmの引張歪みを有し、且つベント膜は、クロスウェブ方向に測定されたメガパスカル単位で約6MPa−約8.5MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で1.0mm/mm−1.8mm/mmの引張歪みを有する。 In some embodiments of the vent membrane, the vent membrane prior to gamma-ray treatment with a gamma-ray dose has a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 12 MPa to about 16 MPa in megapascals and about 0.5 mm in millimeters/millimeters. /Mm-having a tensile strain of about 0.9 mm/mm, and the vent membrane has a tensile stress of about 6 MPa to about 8.5 MPa in megapascals measured in the cross-web direction and 1. It has a tensile strain of 0 mm/mm-1.8 mm/mm.

本開示の別の実施態様は、ガンマ線安定多孔質ポリマー膜及び多孔質ポリマー膜の一又は複数の表面を修飾する過フッ素化モノマーを含むベント膜である。ベント膜は、ASTM F838−05により判定される細菌保持性である。ベント膜は、約10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率を有し、且つ約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有する。少なくとも約25kGyのガンマ線線量によるベント膜のガンマ線処理後に、ベント膜は、縦方向に測定されるミリメートル/ミリメートル単位で約0.2mm/mm−約0.3mm/mmの引張歪みを有し、且つベント膜は、クロスウェブ方向に測定されるメガパスカル単位で約5MPa−約8MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.3mm/mm−約0.5mm/mmの引張歪みを有する。 Another embodiment of the present disclosure is a vent membrane that includes a gamma radiation stable porous polymer membrane and a perfluorinated monomer that modifies one or more surfaces of the porous polymer membrane. The vent membrane is bacteria-retentive as determined by ASTM F838-05. Vent membranes when measured at about 10 psi, about 4.9slpm / cm 2 - an air permeability in the range of about 9.4slpm / cm 2, and about 15 dyne / cm- range of about 25 dyne / cm Has a surface energy within. After gamma irradiation of the vent membrane with a gamma dose of at least about 25 kGy, the vent membrane has a tensile strain measured in the longitudinal direction of about 0.2 mm/mm to about 0.3 mm/mm, and The vent membrane has a tensile stress measured in the crossweb direction of about 5 MPa to about 8 MPa in megapascals and a tensile strain of about 0.3 mm/mm to about 0.5 mm/mm in millimeters/millimeters.

別の態様において、本明細書に記述されるのは、いくつかのバージョンにおいて、超高分子量ポリエチレン膜(UPE)にすることができるグラフト化多孔質ポリエチレン(PE)膜の製造方法である。本方法は、ポリエチレン膜を、ベンゾフェノンを含むアルコール溶液と接触させる工程、ポリエチレン膜をグラフト化溶液と接触させる工程、及び膜を電磁放射線に曝露し、それによってグラフト化多孔質ポリエチレン膜を生じる工程を含むことができる。ポリエチレン膜の分子量は、約1,000,000ダルトン−約9,000,000ダルトン又は約1,500,000ダルトン−約2,500,000ダルトンの範囲内にすることができる。グラフト化溶液は、過フッ素化モノマー及びデカメチルテトラシロキサンを含むことができる。場合によっては、過フッ素化モノマーは、パーフルオロアクリレート、又はパーフルオロ-n-オクチルアクリレートなどのパーフルオロ-n-アルキルアクリレートである。グラフト化多孔質膜は、約10psi(69kPa)で測定されたとき、約4.9slpm/cm−約6.1slpm/cmの範囲内又は約5.4slpm/cmなど、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率を有することができる。グラフト化多孔質膜は、約21dyne/cm−約23dyne/cmの範囲内又は約21.5dyne/cmなど、約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有することができる。グラフト化多孔質膜は、すべてメタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約20psi−約25psiの範囲内又は約22psiなど、約5psi−約25psiの範囲内の液体侵入圧力を有することができる。
In another aspect, described herein is a method of making a grafted porous polyethylene (PE) membrane, which in some versions can be an ultra high molecular weight polyethylene membrane (UPE). The method comprises the steps of contacting a polyethylene membrane with an alcohol solution containing benzophenone, contacting the polyethylene membrane with a grafting solution, and exposing the membrane to electromagnetic radiation, thereby producing a grafted porous polyethylene membrane. Can be included. The molecular weight of the polyethylene membrane can be in the range of about 1,000,000 Daltons-about 9,000,000 Daltons or about 1,500,000 Daltons-about 2,500,000 Daltons. Grafting solution may comprise a perfluorinated monomer and decamethyl tetrasiloxane. In some cases, the perfluorinated monomer is perfluoroacrylate, or a perfluoro-n-alkyl acrylate such as perfluoro-n-octyl acrylate. Grafted porous membrane, about when measured at 10 psi (69 kPa), about 4.9slpm / cm 2 - such as in the range from about 6.1slpm / cm 2 or about 5.4 SLPM / cm 2, about 4.9Slpm /Cm 2 -which may have an air permeability in the range of about 9.4 slpm/cm 2 . The grafted porous membrane can have a surface energy in the range of about 21 dyne/cm to about 23 dyne/cm or in the range of about 15 dyne/cm to about 25 dyne/cm, such as about 21.5 dyne/cm. The grafted porous membrane should have a liquid entry pressure in the range of about 5 psi to about 25 psi, such as in the range of about 20 psi to about 25 psi, or about 22 psi, all measured in a methanol:water 80:20 solution. You can

本明細書に記載の膜は、ガス抜きプロセス、脱ガスプロセス及び膜蒸留プロセスにおける使用のための改善された流動特性を実現する。PE膜又はUPE膜を大幅に伸張すると、空気透過率により測定される空気透過率が増加するが、それに応じて孔径は大幅に増大しない。疎水性モノマーで膜の表面を修飾すると、より疎水性の膜が得られる。膜はまた、その構造的完全性を維持し、これは、膜に圧力が加えられるときに重要である。さらに、得られるグラフト化PE膜又はUPE膜は、ガンマ線に曝露して滅菌できる。 The membranes described herein provide improved flow properties for use in degassing, degassing and membrane distillation processes. Significant stretching of a PE or UPE membrane increases the air permeability, as measured by air permeability, but does not correspondingly increase the pore size. Modification of the membrane surface with a hydrophobic monomer results in a more hydrophobic membrane. The membrane also maintains its structural integrity, which is important when pressure is applied to the membrane. Further, the resulting grafted PE or UPE membrane can be sterilized by exposure to gamma rays.

上記は、同様の参照文字が、様々な図面すべてにわたって同じ部分を指す添付の図面に示される、以下の本発明の例の実施態様のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。図面は必ずしも原寸に比例しておらず、本発明の実施態様の説明に重点を置いている。 The foregoing will become apparent from the following more detailed description of example embodiments of the invention, in which like reference characters are used in the accompanying drawings to refer to the same parts throughout the various drawings. The drawings are not necessarily to scale and focus on the description of embodiments of the invention.

対称の非伸張UPE膜の走査型電子顕微鏡法(SEM)像である。3 is a scanning electron microscopy (SEM) image of a symmetrical unstretched UPE film. 対称の伸張UPE膜の走査型電子顕微鏡法(SEM)像である。5000倍の倍率が図1A−Bの両方で使用された。3 is a scanning electron microscopy (SEM) image of a symmetrical stretched UPE film. A 5000x magnification was used in both Figures 1A-B. 非伸張UHMWPE膜(青)及び伸張UHMWPE膜(赤)における縦(MD)(図2A)方向及びクロスウェブ(CW)(図2B)方向の応力−歪み曲線を示す図である。膜の引張破壊歪みは、伸張後、おおよそMDは8分の1、CWは5.5分の1に低下する。FIG. 3 is a diagram showing stress-strain curves in a non-stretched UHMWPE film (blue) and a stretched UHMWPE film (red) in a machine direction (MD) (FIG. 2A) direction and a cross web (CW) (FIG. 2B) direction. After stretching, the tensile fracture strain of the film is reduced to about 1/8 in MD and 5.5 in CW. 伸張UHMWPE膜(緑の点線)、ガンマ線曝露した伸張UHMWPE膜(赤)並びにガンマ線曝露した伸張及び表面修飾UHMWPE膜(青)における縦(MD)(図3A)方向及びクロスウェブ(CW)(図3B)方向の応力−歪み曲線を示す図である。伸張膜及び表面修飾−伸張膜の引張破壊歪みは、ガンマ線曝露後、ガンマ線曝露前の伸張膜と比べて、おおよそMDは2.5分の1及びCWは3.3分の1に低下した。修飾及び非修飾伸張膜の引張破壊歪みは、ガンマ線曝露後も同じであり、伸張膜の機械的特性に対する表面修飾の最小限の影響を示す。Longitudinal (MD) (FIG. 3A) direction and cross-web (CW) (FIG. 3B) in stretched UHMWPE membrane (green dotted line), gamma exposed stretched UHMWPE membrane (red) and gamma exposed stretched and surface modified UHMWPE membrane (blue). It is a figure which shows the stress-strain curve of () direction. The tensile fracture strain of the stretched film and the surface modified-stretched film was reduced by approximately 2.5 times in MD and 3.3 times in CW after the gamma ray exposure and before the gamma ray exposure. The tensile fracture strains of modified and unmodified stretched membranes are similar after gamma-ray exposure, indicating a minimal effect of surface modification on the mechanical properties of stretched membranes. グラフト化前(点線)及び後(実線)の実施例5の伸張膜を使用したIRスペクトルの一例である。グラフト化後のスペクトルは、見やすいように0.6吸光度単位だけ高くずらした。表面修飾後、グラフト化膜は、1760cm−1(エステル基に対応)及び1289−1114cm−1の範囲内(炭素−フッ素伸縮に対応)に特徴的なピークを示す。It is an example of an IR spectrum using the extension film of Example 5 before (dotted line) and after grafting (solid line). The spectra after grafting were shifted higher by 0.6 absorbance units for easier viewing. After surface modification, graft film is, 1760 cm -1 (corresponding to the ester group) and the range of 1289-1114cm -1 - shows characteristic peaks at (carbon corresponding to fluorine stretch).

本発明を、特に、その例の実施態様を参照して図示及び説明するが、その中で、添付の特許請求の範囲により包含される本発明の範囲から逸脱することなく形態及び詳細に様々な変更を加えてもよいことを当業者なら理解するであろう。 The present invention is illustrated and described with reference to particular example embodiments thereof, in which various forms and details are set forth without departing from the scope of the invention, which is encompassed by the appended claims. Those of ordinary skill in the art will appreciate that changes may be made.

様々な組成物及び方法が説明されるが、記載の特定の組成物、設計、手法又はプロトコルは変更し得るため、本発明はこれらに限定されないと理解されるべきである。また、説明で使用される専門用語は、特定のバージョン(一又は複数)のみを説明するためのものであり、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を限定するものではないと理解されるべきである。 While various compositions and methods are described, it should be understood that the invention is not limited thereto, as the particular compositions, designs, techniques or protocols described may vary. Also, the terminology used in the description is for describing only the particular version(s) and is not intended to limit the scope of the invention, which is limited only by the scope of the appended claims. Should be understood.

本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈により特に明確に定められていない限り、複数の指示対象を含むことにも留意しなければならない。したがって、例えば、「膜」への言及は、一又は複数の膜及び当業者に既知のその均等物などへの言及である。他に定義されていない限り、本明細書において用いられるすべての技術用語及び科学用語は、当業者に一般に理解されるような同じ意味を有する。本明細書に記述される方法及び材料と類似の、又は等価な方法及び材料を、本発明のバージョンの実施又は試験において使用することができる。本明細書で述べるすべての刊行物は、その全体が出典明示により援用される。本明細書中の何れも、先行発明によるような開示に先行する権利が本発明に与えられないことを認めたものとして解釈されるべきではない。「任意選択の(optional)」又は「任意選択的に(optionally)」は、続いて記載される事象又は状況が発生しても、発生しなくてもよいこと、並びに、説明には、事象が発生する場合の例、及び事象が発生しない場合の例が含まれることを意味する。本明細書のすべての数値は、明示的に記載されているかどうかに関わらず、用語「約」によって修飾することができる。用語「約」は一般に、記載の値と同等であると当業者が見なすであろう(すなわち、同じ機能又は結果を有する)数値の範囲を指す。いくつかのバージョンにおいて、用語「約」は、記載の値の±10%を指し、他のバージョンにおいて、用語「約」は、記載の値の±2%を指す。様々な成分又は工程「を含む(comprising)」(「を含むが、これらに限定されない」ことを意味すると解釈される。)という表現で組成物及び方法が説明されるが、組成物及び方法は、様々な成分及び工程「から実質的になる(consist essentially of)」又は「からなる(consist of)」こともできて、このような専門用語は、実質的に閉じた要素群又は閉じた要素群を定義すると解釈されるべきである。 As used in this specification and the appended claims, the singular forms “a”, “an” and “the” also include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It must be noted. Thus, for example, a reference to a "membrane" is a reference to one or more membranes and equivalents thereof known to those of skill in the art. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of versions of the present invention. All publications mentioned herein are incorporated by reference in their entirety. Nothing herein is to be construed as an admission that the invention is not entitled to antedate such disclosure by virtue of prior invention. "Optionally" or "optionally" may or may not cause the subsequently described event or situation, and the explanation is that the event is It is meant to include cases where they occur and cases where no event occurs. All numbers herein may be modified by the term "about," whether or not explicitly stated. The term "about" generally refers to a range of numbers that one of skill in the art would consider equivalent to the recited value (ie, having the same function or result). In some versions, the term "about" refers to ±10% of the stated value, and in other versions, the term "about" refers to ±2% of the stated value. Although the compositions and methods are described by the expression "comprising" (which is taken to mean "including but not limited to") various ingredients or steps, the compositions and methods are , Can also be “consistently of” or “consisting of” various components and steps, such terminology being used to refer to a group of substantially closed elements or closed elements. It should be construed as defining a group.

本発明の例の実施態様の説明が以下に続く。 A description of example embodiments of the invention follows.

本開示の実施態様におけるベント膜は、多孔質膜の一又は複数の表面を修飾する過フッ素化モノマーを含むガンマ線安定多孔質ポリマー膜を含む。これらのベント膜は、疎水性であり、且つ細菌保持性である。本開示のいくつかの実施態様において、ベント膜は、ポリエチレン膜の一又は複数の表面を修飾する過フッ素化モノマーを含む伸張多孔質ポリエチレン膜を含む。これらのベント膜は、疎水性であり、ガンマ線で滅菌できて、細菌保持性であり、且つ非伸張ポリエチレン膜よりも高い空気透過率を有する。 Vent membranes in embodiments of the present disclosure include gamma radiation stable porous polymeric membranes that include perfluorinated monomers that modify one or more surfaces of the porous membrane. These vent membranes are hydrophobic and bacteria-retentive. In some embodiments of the present disclosure, the vent membrane comprises an expanded porous polyethylene membrane that includes a perfluorinated monomer that modifies one or more surfaces of the polyethylene membrane. These vent membranes are hydrophobic, gamma sterilizable, bacteria-retaining, and have a higher air permeability than non-stretched polyethylene membranes.

改善された性能特性及び疎水性を有する膜を生成するために、UPE膜のようなガンマ線安定多孔質ポリマー膜は、2つの方法で修飾される。第1に、膜は伸張することができて、これは、膜の孔径を大幅に大きくすることなく空気透過特性を改善する。特に、伸張UPE膜には、非伸張UPE膜と比べて、一般的な実験の部に記載の空気透過率試験により測定される、示した程度の空気透過率の増加がある。特に、空気透過率のこの大幅な増加は、同じく一般的な実験の部に記載されている、膜の孔径を評価する試験である視覚的バブルポイントの同様の低下を伴わなかった。例の一実施態様において、空気透過率は、非伸張UPE膜の約0.49標準リットル/分/cm(膜面積)から伸張UPE膜の約5.9標準リットル/分/cmに改善した。同じ例の実施態様において、IPA:水60:40溶液中で測定された伸張UPE膜の視覚的バブルポイントは、約32psi(221kPa)から約19psi(131kPa)に低下した。別の例の実施態様において、伸張は、空気透過率を約1.97slpm/cmから約9.4slpm/cmに増加したが、IPA:水60:40溶液中で測定された視覚的バブルポイントは約19psiから約12psiに低下しただけであった。 To produce membranes with improved performance properties and hydrophobicity, gamma-stable porous polymer membranes such as UPE membranes are modified in two ways. First, the membrane is stretchable, which improves the air permeation properties without significantly increasing the pore size of the membrane. In particular, stretched UPE membranes have the indicated degree of increase in air permeability compared to non-stretched UPE membranes, as measured by the air permeability test described in the General Experimental Part. Notably, this significant increase in air permeability was not accompanied by a similar drop in visual bubble point, a test to assess membrane pore size, also described in the General Experimental Section. In one example embodiment, the air permeability is improved from about 0.49 standard liters/minute/cm 2 (membrane area) of the unstretched UPE membrane to about 5.9 standard liters/minute/cm 2 of the stretched UPE membrane. did. In the same example embodiment, the visual bubble point of the stretched UPE membrane measured in an IPA:water 60:40 solution dropped from about 32 psi (221 kPa) to about 19 psi (131 kPa). In another example embodiment, stretching increased the air permeability from about 1.97 slpm/cm 2 to about 9.4 slpm/cm 2 , but the visual bubble measured in IPA:water 60:40 solution. The point only dropped from about 19 psi to about 12 psi.

第2に、膜の表面をモノマーで修飾して膜の表面エネルギーを低下させることができて、これは疎水性の増加に対応する。特定の例の一実施態様において、グラフト化UPE膜は、高疎水性膜であるPTFEより低い表面エネルギーを有する。 Second, the surface of the membrane can be modified with monomers to lower the surface energy of the membrane, which corresponds to an increase in hydrophobicity. In one particular example embodiment, the grafted UPE membrane has a lower surface energy than PTFE, which is a highly hydrophobic membrane.

典型的には、膜がまず伸張され、次いで、モノマーが膜の表面にグラフトされる。しかし、まずモノマーを膜上にグラフトし、次いで、膜を伸張することもできる。 Typically, the membrane is stretched first and then the monomer is grafted onto the surface of the membrane. However, it is also possible to first graft the monomer onto the membrane and then stretch the membrane.

本明細書に記載の表面修飾ポリエチレン多孔質膜は、ガス抜きプロセス、脱ガスプロセス及び膜蒸留プロセスに特に有用である特性を有する。特に、膜は高い空気透過率を実現し、したがって、膜を通じた空気又は他のガスの流れを容易にする。膜はまた、疎水性であるような、典型的にはPTFE膜と同等か又はそれよりも疎水性であるような低い表面エネルギーを有する。加えて、膜は、0.2ミクロンのPTFE膜の液体侵入圧力と同等か、又はそれよりも高い液体侵入圧力を有する。 The surface modified polyethylene porous membranes described herein have properties that make them particularly useful for degassing, degassing and membrane distillation processes. In particular, the membrane achieves a high air permeability, thus facilitating the flow of air or other gas through the membrane. The membrane also has a low surface energy such that it is hydrophobic, typically equal to or more hydrophobic than the PTFE membrane. In addition, the membrane has a liquid entry pressure equal to or higher than the 0.2 micron PTFE membrane liquid entry pressure.

いくつかのバージョンにおいて、ベント膜は、約10psi(69kPa)で測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率を有する。他の実施態様において、膜は、約10psi(69kPa)で測定されたとき、約4.9slpm/cm−約6.1slpm/cmの範囲内の空気透過率を有する。他のバージョンにおいて、膜は、約10psi(69kPa)で測定されたとき、約5.4slpm/cmの空気透過率を有する。空気透過率は、一般的な実験の部に記載の空気透過率試験に従って評価できる。 In some versions, the vent membrane has an air permeability in the range of about 4.9 slpm/cm 2 to about 9.4 slpm/cm 2 when measured at about 10 psi (69 kPa). In another embodiment, the membrane has an air permeability in the range of about 4.9 slpm/cm 2 to about 6.1 slpm/cm 2 when measured at about 10 psi (69 kPa). In another version, the membrane has an air permeability of about 5.4 slpm/cm 2 when measured at about 10 psi (69 kPa). Air permeability can be evaluated according to the air permeability test described in the General Experimental Section.

いくつかのバージョンにおいて、膜は、約15−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有する。他のバージョンにおいて、膜は、約21−約23dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有する。さらに別のバージョンにおいて、膜は、約21.5dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有する。表面張力又は表面エネルギーは、実施例6に記載の試験に従って評価できる。 In some versions, the membrane has a surface energy in the range of about 15 to about 25 dyne/cm. In other versions, the membrane has a surface energy in the range of about 21 to about 23 dyne/cm. In yet another version, the membrane has a surface energy in the range of about 21.5 dyne/cm. Surface tension or surface energy can be evaluated according to the test described in Example 6.

いくつかのバージョンにおいて、膜は、メタノール:水80:20溶液中で測定された約15−約25psiの範囲内の液体侵入圧力を有する。他のバージョンにおいて、膜は、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約20−約25psiの範囲内の液体侵入圧力を有する。さらに別のバージョンにおいて、膜は、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約22psiの液体侵入圧力を有する。液体侵入圧力は、実施例7[A1]に記載の液体侵入圧力試験に従って評価できる。 In some versions, the membrane has a liquid entry pressure in the range of about 15 to about 25 psi measured in a methanol:water 80:20 solution. In other versions, the membrane has a liquid entry pressure in the range of about 20 to about 25 psi when measured in a methanol:water 80:20 solution. In yet another version, the membrane has a liquid entry pressure of about 22 psi when measured in a methanol:water 80:20 solution. The liquid entry pressure can be evaluated according to the liquid entry pressure test described in Example 7 [A1] .

伸張及びグラフトすることができるポリエチレン多孔質膜は、約25kGyのガンマ線線量が、伸張多孔質ポリエチレン膜の引張強さを、縦方向に約60%未満、クロスウェブ方向に約70%未満変化させるような、ガンマ線に対して安定であるものを含むことができる。いくつかの実施態様において、多孔質膜を含むポリエチレンの分子量は、約1,000,000ダルトンよりも高く、約6,000,000ダルトンよりも低くすることができる。 A polyethylene porous membrane that can be stretched and grafted is such that a gamma dose of about 25 kGy changes the tensile strength of the stretched porous polyethylene membrane by less than about 60% in the machine direction and less than about 70% in the crossweb direction. However, those that are stable against gamma rays can be included. In some embodiments, the polyethylene including the porous membrane can have a molecular weight of greater than about 1,000,000 daltons and less than about 6,000,000 daltons.

伸張多孔質ポリエチレン膜は、より非晶質の非伸張多孔質ポリエチレン膜と比べて、ポリマー鎖の高配向によって同定できる。ポリマー鎖の高配向又は結晶化度は、非伸張膜と比べた伸張多孔質膜のX線回折によって測定できて、又は示差走査熱量測定法(DSC)によって測定できる。伸張膜のポリマー鎖の高配向又は結晶化度はまた、材料の引張強さによっても測定できる。 Expanded porous polyethylene membranes can be identified by the high orientation of the polymer chains compared to more amorphous non-expanded porous polyethylene membranes. High orientation or crystallinity of polymer chains can be measured by X-ray diffraction of stretched porous membranes compared to non-stretched membranes or by differential scanning calorimetry (DSC). The high orientation or crystallinity of the polymer chains in the stretched film can also be measured by the tensile strength of the material.

本開示の実施態様において、膜の引張破壊歪みは、伸張後、おおよそMDは約8分の1、CWは約5.5分の1に低下する。いくつかの実施態様において、非伸張多孔質ポリエチレン膜は、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約10MPa−約14MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約4.5mm/mm−約5.5mm/mmの引張歪みを有し、且つ非伸張膜は、クロスウェブ方向に測定されたメガパスカル単位で約6.5MPa−約8.5MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約7.0mm/mm−約9.5mm/mmの引張歪みを有する。いくつかの実施態様において、伸張多孔質ポリエチレン膜は、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約12MPa−約16MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.5mm/mm−約0.9mm/mmの引張歪みを有し、且つベント膜は、クロスウェブ方向に測定されたメガパスカル単位で約6MPa−約8.5MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約1.0mm/mm−約1.8mm/mmの引張歪みを有する。 In embodiments of the present disclosure, the tensile strain at break of the membrane is reduced by approximately one-eighth MD and about one-fifth CW after stretching. In some embodiments, the non-expanded porous polyethylene membrane has a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 10 MPa to about 14 MPa in megapascals and about 4.5 mm/mm to about 5.5 mm in millimeters/millimeters. A non-stretched membrane having a tensile strain of /mm and a tensile stress of about 6.5 MPa to about 8.5 MPa in megapascals measured in the cross-web direction and about 7.0 mm/mm in millimeters/mm. -Has a tensile strain of about 9.5 mm/mm. In some embodiments, the expanded porous polyethylene membrane has a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 12 MPa to about 16 MPa in megapascals and about 0.5 mm/mm to about 0.9 mm/mm/mm. and a vent membrane having a tensile strain of about 6 MPa to about 8.5 MPa in megapascals measured in the cross-web direction and about 1.0 mm/mm to about 1. It has a tensile strain of 8 mm/mm.

本明細書に開示の多孔質膜、ベント膜及びベントフィルターのガンマ線処理は、約25kGyの線量又は約25kGyを超える線量にすることができる。いくつかの実施態様において、ベント膜は、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約8MPa−約12MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.2mm/mm−約0.3mm/mmの引張歪みを有することができて、且つベント膜は、少なくとも約25kGyのガンマ線線量によるベント膜のガンマ線処理後に、クロスウェブ方向に測定されるメガパスカル単位で約5MPa−約8MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.3mm/mm−約0.5mm/mmの引張歪みを有する。特にガンマ線処理後のベント膜の高い引張応力及び引張歪みは、有利であり、ベント膜の不良、サンプルの汚染及びプロセスの乱れにつながる可能性があるベント膜の屈曲が起こる可能性がある使用時に、一体型ベント膜を実現する。 The gamma treatment of the porous membranes, vent membranes and vent filters disclosed herein can be at a dose of about 25 kGy or above about 25 kGy. In some embodiments, the vent membrane has a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 8 MPa to about 12 MPa in megapascals and a tensile stress of about 0.2 mm/mm to about 0.3 mm/mm in millimeters/millimeters. The vent membrane can be strained, and the vent membrane can have a tensile stress of about 5 MPa to about 8 MPa in megapascals measured in the cross-web direction and a millimeter/millimeter after gamma ray treatment of the vent membrane with a gamma ray dose of at least about 25 kGy. It has a tensile strain of about 0.3 mm/mm to about 0.5 mm/mm. The high tensile stress and strain of the vent membrane, especially after gamma-ray treatment, is advantageous and can lead to bent membrane failure, sample contamination and process upset that can lead to bend of the vent membrane during use. Realize an integrated vent membrane.

本発明の実施態様におけるベント膜及びベントフィルターの孔径は、膜の細菌保持率又はバブルポイントによって特徴付けることができる。本明細書に開示の実施態様におけるベント膜は、流体を滅菌するフィルターの能力の目安としての細菌保持率を有し、且つ(その全体が出典明示により本明細書に援用され、また、実施例8に記載される)ASTM F838−05(2013)に記載の試験に合格する。例えば、Standard Test Method for Determining Bacterial Retention of Membrane Filters Utilized for Liquid Filtrationにおいて、フィルターは、1cm当たり最小1×10コロニー形成単位(cfu)のチャレンジ細菌(通常B.diminuta)を保持できる。本開示の実施態様におけるベント膜は、細菌保持率に加えて、約12ポンド/平方インチ(psi)−約32ポンド/平方インチ(psi)未満の40%脱イオン水中の60%IPA中(v/v)の視覚的バブルポイントも有するものを含むことができる。いくつかの実施態様において、ベント膜のバブルポイントは、約12psi−約19ポンド/平方インチの間である。 The pore size of vent membranes and vent filters in embodiments of the present invention can be characterized by the bacterial retention or bubble point of the membrane. The vent membrane in the embodiments disclosed herein has a bacterial retention rate as a measure of the filter's ability to sterilize fluids, and (incorporated herein by reference in its entirety and also in the examples Pass the test described in ASTM F838-05 (2013). For example, in the Standard Test Method for Determining Bacterial Retention of Membrane Filters Utilized for Liquid Filtration, the filter can retain a minimum of 1×10 7 colony forming units (cfu) of challenge bacteria (usually B. diminuta) per cm 2 . Vent membranes in embodiments of the present disclosure, in addition to bacterial retention, include 60% IPA in 40% deionized water (v) less than about 12 pounds per square inch (psi) to about 32 pounds per square inch (psi). /V) may also be included. In some embodiments, the vent membrane bubble point is between about 12 psi and about 19 pounds per square inch.

いくつかの実施態様において、ベースの非修飾多孔質膜は、超高分子量ポリエチレン膜(UHMWPE膜又はUPE膜とも呼ばれる。)である。ポリエチレン膜、特にUPEは有利であるが、その理由は、UPE膜の空気透過率が、膜を二軸方向に伸張することによって大幅に改善できて、その非伸張の対応物と比べて空気透過率が1桁又は約4−約12倍増加する一方、膜の引張応力及び引張歪みにより測定されるように膜を著しく脆弱化しないからである。空気透過率は大幅に変化するが、膜は有利に、その非伸張の対応物と比べて、その比較的小さい孔径を保持する。小さい孔の保持は、使用時に細菌が膜を横切るのを防ぐ。 In some embodiments, the base unmodified porous membrane is an ultra high molecular weight polyethylene membrane (also referred to as UHMWPE membrane or UPE membrane). Polyethylene membranes, especially UPE, are advantageous because the air permeability of UPE membranes can be significantly improved by biaxially stretching the membranes, compared to their unstretched counterparts. This is because the modulus increases by an order of magnitude or about 4 to about 12 times while not significantly weakening the membrane as measured by the tensile stress and strain of the membrane. Although the air permeability varies significantly, the membrane advantageously retains its relatively small pore size as compared to its non-stretched counterpart. The retention of small pores prevents bacteria from crossing the membrane during use.

特許請求の範囲及び本明細書において、本開示の実施態様における「ポリエチレン膜」及び「PE」への言及は、約100,000ダルトン−約9,000,000ダルトンの間の分子量を有する、約10psi−約40psiの間のIPAバブルポイントを有する多孔質ポリエチレン膜への言及である。本開示の実施態様における「超高分子量ポリエチレン膜」又は「UPE膜」への言及は、約1,000,000ダルトン−約9,000,000ダルトンの分子量を有する、約10psi−約40psiの間のIPAバブルポイントを有する多孔質超高分子量ポリエチレン膜への言及である。UPEの分子量未満の分子量を有する、約10psi−約40psiの間のIPAバブルポイントを有する多孔質ポリエチレン膜は、例えば、約1,000,000ダルトン未満又は約100,000ダルトン−約400,000ダルトンのその分子量又は分子量範囲によって記述される。UPEを含む様々なポリエチレンの分子量は、粘度測定法で、試験法ASTM D4020−05に従って固有粘度[IV]を測定し、この値をMark−Houwink式M=K[IV]α(式中、ASTM D4020−5では、定数Kは53,700であり、αは1.37であり、Mはグラム/分子の単位を有し、IVはデシリットル/グラムの単位を有する。)により換算することによって決定できる(例えば、H. L. Wagner, J. Phys. Chem. Ref. Data Vol. 14, No. 2, 1985も参照されたい)。約16デシリットル/グラム(dL/g)−約20dL/gの間の固有粘度を有するUPEの場合、分子量範囲は、ASTM D4020−5法及びMark−Houwink式を用いて、約2.4百万−約3.3百万である。 In the claims and herein, references to "polyethylene membranes" and "PE" in embodiments of the present disclosure have a molecular weight of between about 100,000 daltons and about 9,000,000 daltons. Reference to porous polyethylene membranes having IPA bubble points between 10 psi and about 40 psi. References to "ultra high molecular weight polyethylene membranes" or "UPE membranes" in embodiments of the present disclosure have a molecular weight of between about 1,000,000 daltons and about 9,000,000 daltons, between about 10 psi and about 40 psi. Is a reference to a porous ultra high molecular weight polyethylene membrane having an IPA bubble point. Porous polyethylene membranes having an IPA bubble point between about 10 psi and about 40 psi, having a molecular weight less than the molecular weight of UPE are, for example, less than about 1,000,000 daltons or about 100,000 daltons-about 400,000 daltons. Is described by its molecular weight or molecular weight range. The molecular weight of various polyethylenes, including UPE, was determined by viscometrics according to test method ASTM D4020-05, the intrinsic viscosity [IV], and this value was calculated using the Mark-Houwink formula M=K[IV] α (wherein ASTM For D4020-5, the constant K is 53,700, α is 1.37, M has units of grams/molecule, and IV has units of deciliters/gram.). (See also, for example, HL Wagner, J. Phys. Chem. Ref. Data Vol. 14, No. 2, 1985). For UPEs having an intrinsic viscosity of between about 16 deciliters/gram (dL/g) and about 20 dL/g, the molecular weight range is about 2.4 million using the ASTM D4020-5 method and the Mark-Houwink equation. -Approximately 3.3 million.

UPE膜は、典型的には、約1,000,000より高い分子量を有する樹脂から生成される。いくつかの実施態様において、UPEの分子量は、約2,000,000ダルトン−約9,000,000ダルトンの範囲内にある。本明細書ではUPEを参照して実施例及び実施態様が説明されるが、原理は、約1,000,000ダルトンのUPEカットオフ値未満のポリエチレン膜に等しく適用できる。 UPE membranes are typically made from resins having a molecular weight higher than about 1,000,000. In some embodiments, the molecular weight of UPE is in the range of about 2,000,000 Daltons to about 9,000,000 Daltons. Although the examples and embodiments are described herein with reference to UPE, the principles are equally applicable to polyethylene membranes below the UPE cutoff value of about 1,000,000 Daltons.

ポリエチレン膜を製造するためには、まずUPEのようなポリマーが押し出され、多孔質膜に形成される。一実施態様において、分子量約2百万−4百万のUPEが溶媒(例えば、鉱油及びフタル酸ジオクチル(diocytyl))と合わせられ、約10−20%固体組成物のスラリーを生成する。別の実施態様において、UPEは、固形分12%という低い、又は固形分19%という高い固体組成物で、鉱油及びセバシン酸ジブチルなどの溶媒と合わせられ得る。スラリーは、一軸又は二軸スクリュー押出機などの押出機に入れられ、UPEは、190℃−275℃の間の任意の範囲の温度で粘性塊(例えば、ゲル又はエマルション)に加工される。次に、粘性塊はダイに通され、その結果、厚いテープ又はフィルムが形成される。次いで、フィルムは、80℃−110℃の間の温度を有する温度制御された回転ドラム上で急冷される。フィルムを急冷するプロセスは、フィルムをゲル状の粘性塊から、ウェブとして扱える固体にする。ドラムの回転速度は、その外周の線速度が5−25fpmの間になるように変化させることができる。プロセスのこの段階で、膜構造が少なくとも部分的に形成されるが、溶媒が孔構造内及びポリマーマトリックス中に存在したままで、ポリマー鎖のより大きな移動を可能にし得る。急冷ドラムの後、下流のバキュームローラー、ゴムローラー又はニップローラーで、膜を0−200%の間で縦方向に伸張することができる。この工程における膜の最終厚さは20μm−100μmであってもよい。 To produce a polyethylene membrane, a polymer such as UPE is first extruded to form a porous membrane. In one embodiment, UPE having a molecular weight of about 2-4 million is combined with a solvent such as mineral oil and dioctyl phthalate to produce a slurry of about 10-20% solids composition. In another embodiment, UPE may be combined with a solvent such as mineral oil and dibutyl sebacate in a solid composition as low as 12% solids or as high as 19% solids. The slurry is placed in an extruder, such as a single or twin screw extruder, and the UPE is processed into a viscous mass (eg, gel or emulsion) at any temperature between 190°C and 275°C. The viscous mass is then passed through a die, resulting in a thick tape or film. The film is then quenched on a temperature controlled rotating drum having a temperature between 80°C and 110°C. The process of quenching the film turns the film from a gel-like viscous mass into a solid that can be handled as a web. The rotation speed of the drum can be changed so that the linear speed of the outer circumference is between 5 and 25 fpm. At this stage of the process, the membrane structure is at least partially formed, but the solvent may remain in the pore structure and in the polymer matrix, allowing greater migration of the polymer chains. After the quench drum, the membrane can be stretched in the machine direction between 0-200% with a vacuum roller, rubber roller or nip roller downstream. The final thickness of the film in this step may be 20 μm-100 μm.

膜が形成された後、蒸発又は抽出などによって溶媒が除去され、ベースの膜が得られる。いくつかのバージョンにおいて、孔形成剤は、別の伸張プロセスが完了するまでUPE中に残る。 After the film is formed, the solvent is removed by evaporation or extraction to obtain the base film. In some versions, the pore forming agent remains in the UPE until another stretching process is complete.

本明細書に記載のUPE膜は、とりわけ、平板、波形板、プリーツ板及び中空糸などの様々な幾何学的構成を有することができる。膜は、とりわけ、ウェブ、網及びケージによる支持あり、又は支持なしにすることができる。膜支持は、等方性又は異方性、スキンあり、又はスキンなし、対称又は非対称、これらの任意の組み合わせにすることができて、或いは、一又は複数の保持層及び一又は複数の支持層を含む複合膜にすることができる。様々な実施態様におけるベント膜は、ガンマ線安定ハウジング又は他の支持体に、融着結合、化学的に適合する接着剤による結合によって結合又は固定することができて、或いはOリング又はガスケットなどの機械的シールを使用して取り付けることができる。ハウジングは、流体入口及び流体出口を有することができて、ハウジングに結合されたベント膜は、ハウジングの入口及び出口を流体的に分ける。ハウジングに結合されたベント膜は一体型である。いくつかの実施態様において、ハウジング又は支持体に結合されたベント膜は一体型(ピンホールなし)であり、以下のうちの一又は複数又はすべてを有する:縦方向に測定されるメガパスカル単位で約8MPa−約12MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.2mm/mm−約0.3mm/mmの引張歪み、且つベント膜は、少なくとも約25kGyのガンマ線線量によるベント膜のガンマ線処理後に、クロスウェブ方向に測定されるメガパスカル単位で約5MPa−約8MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.3mm/mm−約0.5mm/mmの引張歪みを有し、約10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率を有することができて、約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有し、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約5psi−約25psiの範囲内の液体侵入圧力を有し、ASTM F838−05/R(2013)により判定される細菌保持性である。 The UPE membranes described herein can have various geometric configurations such as flat plates, corrugated plates, pleated plates and hollow fibers, among others. The membrane can be, among other things, with or without web, net and cage support. The membrane support can be isotropic or anisotropic, skinned or unskinned, symmetrical or asymmetrical, any combination thereof, or one or more retaining layers and one or more supporting layers. Can be a composite membrane. The vent membrane in various embodiments can be bonded or secured to a gamma stable housing or other support by fusion bonding, bonding with a chemically compatible adhesive, or a machine such as an O-ring or gasket. It can be attached using a static seal. The housing can have a fluid inlet and a fluid outlet, and a vent membrane coupled to the housing fluidically separates the housing inlet and outlet. The vent membrane coupled to the housing is integral. In some embodiments, the vent membrane coupled to the housing or support is monolithic (no pinhole) and has one or more or all of the following: in megapascals measured longitudinally. Tensile stresses of about 8 MPa to about 12 MPa and tensile strains of about 0.2 mm/mm to about 0.3 mm/mm in millimeters/millimeters, and vent membranes after gamma ray treatment of the vent membrane with a gamma ray dose of at least about 25 kGy. It has a tensile stress of about 5 MPa to about 8 MPa in megapascals measured in the cross-web direction and a tensile strain of about 0.3 mm/mm to about 0.5 mm/mm in millimeters/millimeters, measured at about 10 psi. when in about 4.9slpm / cm 2 - to be able to have an air permeability in the range of about 9.4slpm / cm 2, it has a surface energy in the range of about 15 dyne / cm- about 25 dyne / cm , Having a liquid entry pressure in the range of about 5 psi to about 25 psi when measured in a methanol:water 80:20 solution, and is bacterial retentive as determined by ASTM F838-05/R (2013).

非対称膜の一例では、膜の一面及び領域上の孔径は、反対の面及び領域上よりも大きい。別の例において、非対称構造は、膜の反対の面(及び領域)上の孔径がより大きく、膜の中央の領域が、面の何れかより小さい孔径を有する場合に存在することができる(例えば、砂時計形)。他のバージョンにおいて、膜は、その厚さにわたって実質的に対称の孔構造(膜の厚さにわたって実質的に同じ孔径)を有することができる。 In one example of an asymmetric membrane, the pore size on one side and region of the membrane is larger than on the opposite side and region. In another example, an asymmetric structure can be present where the pore size on the opposite face (and region) of the membrane is larger and the central region of the membrane has a pore size smaller than either of the faces (eg, , Hourglass shape). In other versions, the membrane can have a pore structure that is substantially symmetrical over its thickness (substantially the same pore size over the thickness of the membrane).

一態様において、UPE膜などのポリエチレン膜の空気透過率を向上させるために、膜は、抽出後にさらに伸張することができる。いくつかの実施態様において、膜は、縦方向(長手方向)、(膜の幅にわたる)横方向又は両方に伸張することができる。一方向の伸張はしばしば一軸伸張と呼ばれ、二方向の伸張は一般に二軸伸張と呼ばれる。通常、必ずではないが、縦方向及び横方向は、互いに対して垂直である。 In one aspect, the membrane can be further stretched after extraction to improve the air permeability of polyethylene membranes such as UPE membranes. In some embodiments, the membrane can stretch in the machine direction (longitudinal direction), the transverse direction (across the width of the membrane), or both. Unidirectional stretching is often referred to as uniaxial stretching, and bidirectional stretching is commonly referred to as biaxial stretching. Usually, but not always, the machine direction and the machine direction are perpendicular to each other.

伸張プロセスの間、ポリエチレン膜又はUPE膜は典型的には加熱され、これは伸張プロセスを改善する。膜が加熱される温度は、縦方向及び横方向に沿った伸張において異なり得る。典型的には、PE膜又はUPE膜は、縦方向及び横方向両方の伸張を伴って、約80℃−約120℃の間、例えば、約100℃まで加熱される。 During the stretching process, the polyethylene or UPE membrane is typically heated, which improves the stretching process. The temperature at which the membrane is heated can differ in stretching along the machine and cross directions. Typically, PE or UPE membranes are heated to between about 80° C. and about 120° C., for example about 100° C., with both longitudinal and transverse stretching.

前段落に記載の予熱の後、膜は、2系列のニップローラー(クローズドローラーとも呼ばれる。)間で伸張することができる。第2のニップローラーの速度は、典型的には、第1のニップローラーの速度よりも大きく、これは膜の伸張を促進する。ニップローラーによる伸張は、膜を縦方向に伸張し、これは膜の長さを長くし、膜の幅を小さくする。いくつかの実施態様において、膜は、約2−約8倍の倍数で縦方向に伸張される。他の実施態様において、膜は、約2−約5倍の倍数で縦方向に伸張される。さらに別の実施態様において、膜は、約2−約2.5倍の倍数で縦方向に伸張される。いくつかの実施態様において、膜は、約1.7−約8倍の倍数で縦方向に伸張される。他の実施態様において、膜は、約1.7−約5倍の倍数で縦方向に伸張される。さらに別の実施態様において、膜は、約1.7−約2.5倍の倍数で縦方向に伸張される。 After preheating as described in the preceding paragraph, the membrane can be stretched between two series of nip rollers (also called closed rollers). The speed of the second nip roller is typically greater than the speed of the first nip roller, which facilitates film stretching. Stretching with a nip roller stretches the membrane longitudinally, which increases the length of the membrane and reduces the width of the membrane. In some embodiments, the membrane is stretched longitudinally by a factor of about 2 to about 8 times. In another embodiment, the membrane is stretched longitudinally by a factor of about 2 to about 5 times. In yet another embodiment, the membrane is stretched longitudinally by a factor of about 2 to about 2.5. In some embodiments, the membrane is longitudinally stretched by a factor of about 1.7 to about 8. In another embodiment, the membrane is longitudinally stretched by a factor of about 1.7 to about 5. In yet another embodiment, the membrane is longitudinally stretched by a factor of about 1.7 to about 2.5.

次に、膜は、縦方向に進むクリップによって膜をテンター内に送ることによって横方向(クロスウェブ方向とも呼ばれる。)に伸張される。クリップは、予熱されたオーブン内を進み、次いで、伸張ゾーンオーブン内をV字形に進み、これは膜の幅を広げる。一例として、予熱オーブンは約100℃であり、伸張ゾーンは約105℃である。次に、膜はアニーリングゾーン内を進み、ここではクリップは平行のままである。アニーリングゾーンの温度は、一般に、伸張ゾーンよりも摂氏約5度−約15度高いが、ポリマーの融点よりも少なくとも摂氏約5度低い。いくつかの実施態様において、膜は、約2−約8倍の倍数で横方向に伸張される。他の実施態様において、膜は、約2−約5倍の倍数で縦方向に伸張される。さらに別の実施態様において、膜は、約2.5−約3.5倍、又は約3倍の倍数で縦方向に伸張される。さらに別の実施態様において、膜は、約3倍の倍数で縦方向に伸張される。いくつかの実施態様において、膜は、約1.7−約8倍の倍数で横方向に伸張される。他の実施態様において、膜は、約1.7−約5倍の倍数で縦方向に伸張される。さらに別の実施態様において、膜は、約2.5−約3.5倍、又は約3倍の倍数で縦方向に伸張される。 The membrane is then stretched in the transverse direction (also referred to as the crossweb direction) by feeding the membrane into the tenter with a longitudinally advancing clip. The clip travels in a preheated oven and then in a V zone in the extension zone oven, which widens the width of the membrane. As an example, the preheat oven is at about 100°C and the stretching zone is at about 105°C. The membrane then proceeds in the annealing zone where the clips remain parallel. The temperature of the annealing zone is generally about 5 to about 15 degrees Celsius above the extension zone, but at least about 5 degrees Celsius below the melting point of the polymer. In some embodiments, the membrane is stretched laterally by a factor of about 2 to about 8 times. In another embodiment, the membrane is stretched longitudinally by a factor of about 2 to about 5 times. In yet another embodiment, the membrane is longitudinally stretched by a factor of about 2.5 to about 3.5, or about 3 times. In yet another embodiment, the membrane is stretched longitudinally by a multiple of about 3. In some embodiments, the membrane is stretched laterally by a factor of about 1.7 to about 8. In another embodiment, the membrane is longitudinally stretched by a factor of about 1.7 to about 5. In yet another embodiment, the membrane is longitudinally stretched by a factor of about 2.5 to about 3.5, or about 3 times.

一軸伸張が用いられる実施態様において、伸張は、一連の延伸ローラー、ニップローラー又はバキュームローラーの間で約18−120℃の範囲で縦方向に行われてもよい。いくつかの実施態様において、伸張は、室温(おおよそ18−22℃)で行われてもよい。第2の延伸ローラーの速度は、典型的には、第1のニップローラーの速度よりも大きく、これは膜の伸張を促進する。ローラーによる伸張は、膜を縦方向に伸張し、これは膜の長さを長くし、膜の幅又は厚さを小さくすることができる。いくつかの実施態様において、膜は、約0.5から約80−50%倍もの倍数で縦方向に伸張される。さらに、0−25%程度のさらなる伸張が実現できるようにウェブの張力を制御することができる。 In embodiments where uniaxial stretching is used, stretching may be carried out in the machine direction between a series of stretching rollers, nip rollers or vacuum rollers in the range of about 18-120°C. In some embodiments, the stretching may be performed at room temperature (approximately 18-22°C). The speed of the second draw roller is typically greater than the speed of the first nip roller, which facilitates stretching of the film. Stretching with a roller stretches the membrane in the machine direction, which can increase the length of the membrane and reduce the width or thickness of the membrane. In some embodiments, the membrane is stretched longitudinally by a factor of about 0.5 to about 80-50%. In addition, the tension of the web can be controlled so that further stretching on the order of 0-25% can be achieved.

縦方向及び横方向ストレッチャーを通る膜の速度は変化させることができて、異なる速度は、縦方向及び横方向の伸張量が異なる結果になる。伸張操作は、各方向に複数回、例えば、各方向に2回、3回又はそれ以上実施できる。一実施態様において、膜は、まず縦方向に所望の割合まで伸張され、次いで、横方向に所望の割合まで伸張される。 The speed of the membrane through the longitudinal and transverse stretchers can be varied, and different speeds result in different amounts of stretching in the longitudinal and transverse directions. The stretching operation can be performed multiple times in each direction, for example, twice, three times or more in each direction. In one embodiment, the membrane is stretched first in the machine direction to the desired rate and then in the transverse direction to the desired rate.

伸張後、膜をヒートセットして、より大きな寸法安定性を実現するために、アニーリングプロセスが実施されてもよい。アニーリングプロセスは、100℃から135℃もの高さまでの間でウェブを加熱できる。プロセスの速度に基づいて、膜を加熱する滞留時間は、約0.5分から5分もの長さまでの間にすることができる。 After stretching, the film may be heat set and an annealing process performed to achieve greater dimensional stability. The annealing process can heat the web between 100°C and as high as 135°C. Depending on the speed of the process, the residence time to heat the membrane can be between about 0.5 minutes and as long as 5 minutes.

ポリエチレン膜及びUPE膜は、本明細書に開示の実施態様において多孔質であり、約6ミクロン及び約40ミクロンの範囲内、又は約20ミクロン−約40ミクロンの範囲内の伸張後厚さを有する。好ましい実施態様において、UPE膜は、約25ミクロン及び約35ミクロンの範囲内、又は約27ミクロン及び約30ミクロンの範囲内の伸張後厚さを有する。より薄い膜は、膜前後の圧力損失がより低く、これは、空気透過率の改善に寄与する。伸張膜の厚さは、膜の出発厚さ及び伸張比に大きく依存する。したがって、より薄い伸張膜は、より薄い膜で出発することによって製造できる。 Polyethylene and UPE membranes are porous in the embodiments disclosed herein and have a post-stretch thickness in the range of about 6 microns and about 40 microns, or in the range of about 20 microns to about 40 microns. .. In a preferred embodiment, the UPE membrane has a post-stretch thickness within the range of about 25 microns and about 35 microns, or within the range of about 27 microns and about 30 microns. Thinner membranes have lower pressure drop across the membrane, which contributes to improved air permeability. The thickness of the stretched film depends largely on the starting thickness of the film and the stretch ratio. Thus, thinner stretched membranes can be made by starting with thinner membranes.

本発明者らは、様々な実施態様におけるポリエチレン多孔質膜又はUPE多孔質膜を伸張すると、膜の孔径を大幅に増大させることなく、空気透過率を大幅に増加できることを見出した。膜を伸張すると、式(I)に従ってポリエチレン膜又はUPE膜の見掛け密度は低下する。伸張したPE膜又はUPE膜は、例えば、より高い空隙率を有し、したがって、伸張していないPE膜又はUPE膜と比べて、より低い見掛け密度を有する。
見掛け密度=重量/(面積×厚さ)(I)
The inventors have found that stretching polyethylene porous membranes or UPE porous membranes in various embodiments can significantly increase air permeability without significantly increasing the pore size of the membrane. When the membrane is stretched, the apparent density of the polyethylene or UPE membrane is reduced according to formula (I). Stretched PE or UPE membranes, for example, have a higher porosity and therefore a lower apparent density compared to unstretched PE or UPE membranes.
Apparent density=weight/(area×thickness) (I)

ベント膜の疎水性は、ポリエチレン多孔質膜又はUPE膜などのガンマ線安定多孔質膜を疎水性モノマーで表面修飾することによって増加させることができる。いくつかの実施態様において、ポリエチレン膜又はUPE膜の疎水性は、ポリエチレン膜又はUPE膜の表面に疎水性モノマーをグラフトすることにより増加させることができる。グラフト化は、モノマー又は他の分子などの部分を、多孔質膜の孔内面を含む多孔質ポリマー膜表面に化学結合することを指す。他の実施態様において、多孔質PE膜又はUPE膜をグラフトするのではなく、コーティングするための他の疎水性モノマーを利用できる。疎水性モノマーは、フリーラジカル重合によって重合できて、架橋されて、例えば、疎水性モノマー及び架橋剤から生成される架橋ポリマーで膜の表面全体に、グラフトされるのではなく、直接コーティングされるポリエチレン膜又はUPE膜を与えることができる。モノマー及び架橋剤は、紫外線ランプなどのエネルギー源からのエネルギーで重合できて、表面修飾多孔質膜は、コーティングされていない膜と実質的に同じ(10%以下の範囲内)の空気透過率を有する。 The hydrophobicity of the vent membrane can be increased by surface modifying a gamma ray stable porous membrane such as a polyethylene porous membrane or a UPE membrane with a hydrophobic monomer. In some embodiments, the hydrophobicity of the polyethylene or UPE membrane can be increased by grafting a hydrophobic monomer onto the surface of the polyethylene or UPE membrane. Grafting refers to the chemical bonding of moieties such as monomers or other molecules to the surface of porous polymeric membranes, including the inner pore surface of the porous membrane. In other embodiments, other hydrophobic monomers can be utilized for coating rather than grafting a porous PE or UPE membrane. Hydrophobic monomers can be polymerized by free radical polymerization and cross-linked, eg, polyethylene, which is directly coated rather than grafted over the surface of the membrane with a cross-linked polymer formed from hydrophobic monomers and cross-linking agents. Membranes or UPE membranes can be provided. The monomer and the cross-linking agent can be polymerized by energy from an energy source such as an ultraviolet lamp, and the surface-modified porous membrane has substantially the same air permeability (within 10% or less) as the uncoated membrane. Have.

グラフトされるモノマーは、フッ素化モノマー、好ましくは過フッ素化モノマーであり、何れも膜の表面エネルギーを低下させる。表面エネルギーの低下は、膜の疎水性の増加に対応する。過フッ素化化合物は、炭素−フッ素結合、炭素−炭素結合のみを含む有機フッ素化合物であり、他のヘテロ原子を含んでもよい。フッ素化化合物は、いくつかの炭素−水素結合を含んでもよい。フッ素化及び過フッ素化モノマーは、例えば、1−20個の範囲の炭素の直鎖又は分岐鎖の炭素主鎖を有する。主鎖中により多くの炭素を有するモノマー及びより多数のフッ素置換基を有するモノマーは、表面エネルギーが低下したグラフト化膜につながる。 The grafted monomer is a fluorinated monomer, preferably a perfluorinated monomer, both of which reduce the surface energy of the membrane. A decrease in surface energy corresponds to an increase in membrane hydrophobicity. The perfluorinated compound is an organic fluorine compound containing only a carbon-fluorine bond or a carbon-carbon bond, and may contain another hetero atom. The fluorinated compound may contain some carbon-hydrogen bonds. Fluorinated and perfluorinated monomers have, for example, a straight or branched carbon backbone of carbon in the range of 1-20. Monomers with more carbon in the backbone and monomers with more fluorine substituents lead to grafted membranes with reduced surface energy.

いくつかの実施態様において、グラフトされるモノマーはパーフルオロアクリレートモノマーである。いくつかの実施態様において、モノマーはパーフルオロ-n-アルキルアクリレートモノマーである。本明細書において用いられる「アルキル」という用語は、特定の炭素原子数を有し、少なくとも1個のフッ素原子で置換され、好ましくは過フッ素化された分岐鎖又は直鎖両方の一価の飽和脂肪族炭化水素基を指す。適したアルキルの例には、例えば、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、i-ブチル、sec-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-ノニル、n-デシル、n-ウンデシル、n-ドデシル、n-トリデシル、n-テトラデシル、n-ペンタデシル、n-ヘキサデシル、n-ヘプタデシル、n-オクタデシル、n-ノナデシル、n-エイコサデシル、2-メチルブチル、2-メチルペンチル、2-エチルブチル、3-メチルペンチル、4-メチルペンチルが含まれる。好ましい実施態様において、モノマーはパーフルオロ-n-オクチルアクリレートである。 In some embodiments, the grafted monomer is a perfluoroacrylate monomer. In some embodiments, the monomer is a perfluoro-n-alkyl acrylate monomer. The term "alkyl" as used herein has a specified number of carbon atoms and is substituted with at least one fluorine atom and is preferably perfluorinated, both monovalent saturated, both branched and straight chain. Refers to an aliphatic hydrocarbon group. Examples of suitable alkyls include, for example, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, sec-butyl, t-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-pentadecyl, n-hexadecyl, n-heptadecyl, n-octadecyl, n-nonadecyl, n-eicosadecyl, 2- Included are methylbutyl, 2-methylpentyl, 2-ethylbutyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl. In a preferred embodiment, the monomer is perfluoro-n-octyl acrylate.

ポリエチレン膜上又はUPE膜上にモノマーをグラフトするために、膜は、イソプロピルアルコール(IPA)などのアルコールで濡らす。アルコール湿潤液は、ベンゾフェノンなどのタイプIIの光開始剤を含むことができる。次に、膜は、(以下の実施例にwt%で詳述した)グラフト化溶液に浸漬される。一実施態様において、グラフト化溶液は、デカメチルテトラシロキサンに溶解させたパーフルオロ-n-オクチルアクリレートを含む。モノマーは水に不溶であり、適した溶媒は、膜上に付与されるベンゾフェノンを溶解させることなく、モノマーを十分に溶解させる。このような適した溶媒の1つはデカメチルテトラシロキサンである。過剰なグラフト化溶液は、ローラーを使用して膜を圧搾することによって(又は同様の処理によって)多孔質膜から除去できる。次いで、含浸させた膜は、孔内面を含む多孔質ポリマー膜表面上に部分をグラフトするために電磁放射線又は別の適したエネルギー源に曝露される。電磁放射線は、スペクトルの紫外部内にすることができて、又は、場合によっては、約200nm−約600nmの範囲にすることができる。電磁放射線に曝露後、膜は、例えば、脱イオン(DI)水中で洗浄し、次いで、メタノール中で再び洗浄することができる。洗浄後、膜は、約50℃のオーブン内で約5−約15分間乾燥することができる。
To graft the monomer onto the polyethylene membrane or onto the UPE membrane, the membrane is wet with an alcohol such as isopropyl alcohol (IPA). The alcohol dampening liquid can include a Type II photoinitiator such as benzophenone. The membrane is then immersed in a grafting solution (detailed in wt% in the examples below). In one embodiment, the grafting solution comprises perfluoro -n- octyl acrylate dissolved in decamethyl tetrasiloxane. The monomer is insoluble in water and a suitable solvent dissolves the monomer well without dissolving the benzophenone applied on the membrane. One such suitable solvents are decamethyl tetrasiloxane. Excess grafting solution can be removed from the porous membrane by squeezing the membrane using a roller (or a similar treatment). The impregnated membrane is then exposed to electromagnetic radiation or another suitable energy source to graft the moieties onto the porous polymeric membrane surface, including the inner surface of the pores. The electromagnetic radiation can be in the ultraviolet region of the spectrum or, in some cases, in the range of about 200 nm to about 600 nm. After exposure to electromagnetic radiation, the membrane can be washed, for example, in deionized (DI) water and then again in methanol. After washing, the membrane can be dried in an oven at about 50°C for about 5 to about 15 minutes.

ポリエチレン膜上又はUPE膜上に疎水性モノマーをグラフトすると、膜の表面エネルギーが低下する。表面エネルギーの変化は、膜上にグラフトされたモノマーの量と相関する。グラフト化溶液中のモノマーの濃度を高くすると、PE膜上又はUPE膜上にグラフトされるモノマーの量が増加する。膜が電磁放射線に曝露される時間の減少及び増加は、PE膜上又はUPE膜上へのモノマーのグラフト化の程度の減少及び増加にそれぞれ寄与する。電磁放射線の強度の増加及び減少もまた、グラフト化の量をそれぞれ増加及び減少させることができる。したがって、グラフト化溶液中のモノマー濃度、電磁放射線への曝露時間及び電磁放射線の強度を変化させると、グラフトされるモノマーの量、したがって、グラフト化膜の表面エネルギーを変化させることができる。 Grafting a hydrophobic monomer onto a polyethylene film or UPE film reduces the surface energy of the film. The change in surface energy correlates with the amount of monomer grafted on the membrane. Increasing the concentration of monomer in the grafting solution increases the amount of monomer grafted on the PE or UPE membrane. The reduction and increase in the time of exposure of the membrane to electromagnetic radiation contribute to the reduction and increase in the degree of monomer grafting on the PE or UPE membrane, respectively. Increasing and decreasing the intensity of electromagnetic radiation can also increase and decrease the amount of grafting, respectively. Therefore, varying the monomer concentration in the grafting solution, the exposure time to electromagnetic radiation and the intensity of electromagnetic radiation can change the amount of monomer that is grafted, and thus the surface energy of the grafted membrane.

ポロシメトリーバブルポイント試験法では、膜の濡れた孔に空気を押し通すのに必要な圧力を測定する。バブルポイント試験は、膜の孔径を測定又は特徴付けるための周知の方法である。 The porosimetry bubble point test method measures the pressure required to force air through the wet pores of a membrane. The bubble point test is a well known method for measuring or characterizing the pore size of membranes.

バブルポイントは、乾燥した膜サンプルの47mmの円板などの円板をホルダー内に取り付けることによって測定できる。少量のIPA:水60:40混合物が、膜を濡らすために膜の上流側に入れられる。次いで、膜の孔に空気を押し通すために圧力が徐々に上げられる。膜の視覚的バブルポイントは、濡れた膜の少なくとも1つの孔から60%IPAを追い出すのに必要な最低圧力によって測定される。 Bubble point can be measured by mounting a disc, such as a 47 mm disc of a dried membrane sample, in a holder. A small amount of IPA:water 60:40 mixture is placed upstream of the membrane to wet the membrane. The pressure is then gradually increased to force air through the pores of the membrane. The visual bubble point of the membrane is measured by the minimum pressure required to drive 60% IPA out of at least one pore of the wetted membrane.

表面エネルギーはまた、表面張力と同じであるが、単位長さ当たりの力を表し、典型的には、長さ約1cmのフィルムを破壊するのに必要なダイン単位の力(例えば、dyne/cm)と説明される。膜については、より高い表面エネルギーは、膜がより親水性(又はより非疎水性)であることを意味し、より低い表面エネルギーは、膜がより非親水性(又はより疎水性)であることを意味する。本明細書で報告されるすべての表面エネルギーの値は、特に記載のない限り、室温で測定されている。グラフト化膜は、典型的には、非グラフト化膜よりも低い表面エネルギーを有する。 Surface energy is also the same as surface tension, but represents the force per unit length, typically the force in dyne units required to break a film about 1 cm long (eg, dyne/cm). ) Is explained. For membranes, higher surface energy means that the membrane is more hydrophilic (or more non-hydrophobic) and lower surface energy means that the membrane is more non-hydrophilic (or more hydrophobic). Means All surface energy values reported herein are measured at room temperature unless otherwise noted. Grafted membranes typically have lower surface energy than non-grafted membranes.

本開示の膜は、使用目的に応じて適切な装置内に収容される。ガス抜きに適した装置の例は、米国特許第8852324号及び第8430114号に記載されている。脱ガスに適した装置の例は、米国特許第5053060号に記載されている。膜蒸留に適した装置の例は、米国特許出願公開第2011/0132826(A1)号に記載されている。異なる用途のそれぞれは、当業者に理解されるように、異なる孔径の要件を有する。 The membrane of the present disclosure is housed in an appropriate device depending on the purpose of use. Examples of suitable devices for degassing are described in US Pat. Nos. 8,852,324 and 8,430,114. An example of a device suitable for degassing is described in US Pat. No. 5,053,060. An example of a device suitable for membrane distillation is described in US Patent Application Publication No. 2011/0132826 (A1). Each of the different applications has different pore size requirements, as will be appreciated by those skilled in the art.

例示的な実施態様には以下が含まれる:
実施態様1.グラフト化多孔質ポリエチレン膜であって、
a)10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率;
b)約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギー;
c)メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約5psi−約25psiの範囲内の液体侵入圧力;及び
d)膜の一又は複数の表面にグラフトされた過フッ素化モノマー
を含む、グラフト化多孔質ポリエチレン膜。
実施態様2.過フッ素化モノマーがパーフルオロ-n-アルキルアクリレートである、実施態様1に記載の膜。
実施態様3.過フッ素化モノマーがパーフルオロ-n-オクチルアクリレートである、実施態様1に記載の膜。
実施態様4.空気透過率が、10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約6.1slpm/cmの範囲内にある、実施態様1に記載の膜。
実施態様5.空気透過率が、10psiで測定されたとき、約5.4slpm/cmである、実施態様1に記載の膜。
実施態様6.表面エネルギーが、約21dyne/cm−約23dyne/cmの範囲内にある、実施態様1に記載の膜。
実施態様7.表面エネルギーが約21.5dyne/cmである、実施態様1に記載の膜。
実施態様8.液体侵入圧力が、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約20psi−約25psiの範囲内にある、実施態様1に記載の膜。
実施態様9.液体侵入圧力が、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約22psiである、実施態様1に記載の膜。
実施態様10.空気透過率が、10psiで測定されたとき、約5.4slpm/cmであり、表面エネルギーが約21.5dyne/cmであり、液体侵入圧力が、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約22psiである、請求項1に記載の膜。
実施態様11.細菌保持性である、実施態様1に記載の膜。
実施態様12.一軸伸張又は二軸伸張される、実施態様1に記載の膜。
実施態様13.エステル基に対応する、且つ炭素−フッ素伸縮に対応するIR吸収を示す、実施態様1に記載の膜。
実施態様14.エステル基に対応するIR吸収が約1760cm−1にある、請求項13に記載の膜。
実施態様15.炭素−フッ素伸縮に対応するIR吸収が、約1289cm−1−約1114cm−1の間にある、実施態様13に記載の膜。
実施態様16.ポリエチレン伸縮に対応する全ピーク面積で割ったエステル基の面積が約0.024である、実施態様13に記載の膜。
実施態様17.表面修飾多孔質ポリエチレン膜の製造方法であって、
a)ポリエチレン膜を、ベンゾフェノンを含むアルコール溶液と接触させる工程;
b)ポリエチレン膜をグラフト化溶液と接触させて、
i)過フッ素化モノマー;及び
ii)デカメチルテトラシロキサン
を含む膜を表面修飾する工程;並びに
c)膜を電磁放射線に曝露し、それによって表面修飾多孔質超高分子量ポリエチレン膜を生じる工程
を含む、方法。
実施態様18.過フッ素化モノマーがパーフルオロ-n-アルキルアクリレートである、実施態様17に記載の方法。
実施態様19.過フッ素化モノマーがパーフルオロ-n-オクチルアクリレートである、実施態様17に記載の方法。
実施態様20.表面修飾多孔質超高分子量ポリエチレン膜が、10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率を有する、実施態様17に記載の方法。
実施態様21.表面修飾多孔質超高分子量ポリエチレン膜が、約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有する、実施態様17に記載の方法。
実施態様22.表面修飾多孔質超高分子量ポリエチレン膜が、メタノール:水80:20溶液中で測定されたとき、約5psi−約25psiの範囲内の液体侵入圧力を有する、実施態様17に記載の方法。
実施態様23.10psiで測定されたとき、約5.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率及び約12psi−約19psiの範囲内のバブルポイントを有するポリエチレン膜であって、約2,000,000ダルトン−約9,000,000ダルトンの範囲内の分子量を有する、ポリエチレン膜。
実施態様24.先行する請求項の何れか一項に記載の表面修飾されたポリエチレン膜を通じてガスを流す工程を含む、ガス抜きの方法。
実施態様25.先行する請求項の何れか一項に記載の表面修飾されたポリエチレン膜を通じて蒸気を拡散させる工程を含む、脱ガスの方法。
実施態様26.先行する請求項の何れか一項に記載の表面修飾されたポリエチレン膜を通じて蒸気を通過させる工程を含む、膜蒸留の方法。
実施態様27.伸張多孔質ポリエチレン膜及び伸張多孔質ポリエチレン膜の一又は複数の表面を修飾する過フッ素化モノマーを含むベント膜であって、ASTM F838−05により判定される細菌保持性であり、且つ:
e)10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率;及び
f)約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギー
を有する、ベント膜。
実施態様28.実施態様27に記載のベント膜であって、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約8MPa−約12MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.2mm/mm−約0.3mm/mmの引張歪みを有し、且つ少なくとも約25kGyのガンマ線線量による前記ベント膜のガンマ線処理後に、クロスウェブ方向に測定されるメガパスカル単位で約5MPa−約8MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.3mm/mm−約0.5mm/mmの引張歪みを有する、ベント膜。
実施態様29.伸張多孔質ポリエチレン膜が二軸伸張される、実施態様27から28の何れか1つに記載のベント膜。
実施態様30.伸張多孔質ポリエチレン膜が超高分子量ポリエチレンである、実施態様27から29の何れか1つに記載のベント膜。
実施態様31.過フッ素化モノマーがパーフルオロ-n-アルキルアクリレートを含む、実施態様27から30の何れか1つに記載のベント膜。
実施態様32.伸張多孔質ポリエチレン膜の一又は複数の表面を修飾する過フッ素化モノマーを含む前記ベント膜が、21dyne/cm−23dyne/cmの範囲内の表面エネルギーを有する、実施態様27から31の何れか1つに記載のベント膜。
実施態様33.ガンマ線処理前の前記伸張多孔質ポリエチレン膜が、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約12MPa−約16MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.5mm/mm−約0.9mm/mmの引張歪みを有し、且つ前記伸張ポリエチレン膜が、クロスウェブ方向に測定されたメガパスカル単位で約6MPa−約8.5MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約1.0mm/mm−約1.8mm/mmの引張歪みを有する、実施態様27から32の何れか1つに記載のベント膜。
実施態様34.ベント膜がハウジングに固定されている、実施態様27から33の何れか1つに記載のベント膜を含むベントフィルター。
実施態様35.ベント膜の製造方法であって、
a)ベンゾフェノンを含む溶液で多孔質ポリエチレン膜を濡らす工程であって、伸張多孔質ポリエチレン膜が、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約12MPa−約16MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.5mm/mm−約0.9mm/mmの引張歪みを有し、且つ前記伸張ポリエチレン膜が、クロスウェブ方向に測定されたメガパスカル単位で約6MPa−約8.5MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約1.0mm/mm−約1.8mm/mmの引張歪みを有する、工程;
b)伸張ポリエチレン膜を、
i)過フッ素化モノマー;及び
ii)デカメチルテトラシロキサン
を含むグラフト化溶液と接触させる工程;並びに
c)膜を電磁放射線に曝露し、且つモノマーを多孔質ポリエチレン膜にグラフトする工程
を含む、方法。
実施態様36.多孔質ポリエチレン膜が二軸伸張される、実施態様35に記載のベント膜。
実施態様37.多孔質ポリエチレン膜が超高分子量ポリエチレンである、実施態様35から36の何れか1つに記載のベント膜。
実施態様38.過フッ素化モノマーがパーフルオロ-n-アルキルアクリレートを含む、実施態様35から37の何れか1つに記載のベント膜。
実施態様39.実施態様35から38の何れか1つの方法によって製造されたベント膜であって、ASTM F838−05により判定される細菌保持性であり、且つ:
g)10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率;及び
h)約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギー
を有する、ベント膜。
実施態様40.実施態様39に記載のベント膜であって、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約8MPa−約12MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.2mm/mm−約0.3mm/mmの引張歪みを有し、且つ少なくとも約25kGyのガンマ線線量による前記ベント膜のガンマ線処理後に、クロスウェブ方向に測定されるメガパスカル単位で約5MPa−約8MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.3mm/mm−約0.5mm/mmの引張歪みを有する、ベント膜。
実施態様41.ガンマ線安定多孔質ポリマー膜及び多孔質ポリマー膜の一又は複数の表面を修飾する過フッ素化モノマーを含むベント膜であって、ASTM F838−05により判定される細菌保持性であり、且つ:
i)10psiで測定されたとき、約4.9slpm/cm−約9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率;
j)約15dyne/cm−約25dyne/cmの範囲内の表面エネルギー;及び
縦方向に測定されるミリメートル/ミリメートル単位で約0.2mm/mm−約0.3mm/mmの引張歪みを有し、並びに、少なくとも約25kGyのガンマ線線量による前記ベント膜のガンマ線処理後に、クロスウェブ方向に測定されるメガパスカル単位で約5MPa−約8MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.3mm/mm−約0.5mm/mmの引張歪みを有する、ベント膜。
Exemplary implementations include:
Embodiment 1. A grafted porous polyethylene membrane,
a) air permeability in the range of about 4.9 slpm/cm 2 to about 9.4 slpm/cm 2 when measured at 10 psi;
b) a surface energy in the range of about 15 dyne/cm to about 25 dyne/cm;
c) a liquid entry pressure in the range of about 5 psi to about 25 psi, as measured in a methanol:water 80:20 solution; and d) comprising perfluorinated monomer grafted to one or more surfaces of the membrane, Grafted porous polyethylene membrane.
Embodiment 2. The membrane of embodiment 1, wherein the perfluorinated monomer is a perfluoro-n-alkyl acrylate.
Embodiment 3. The membrane of embodiment 1, wherein the perfluorinated monomer is perfluoro-n-octyl acrylate.
Embodiment 4. The membrane of embodiment 1, wherein the air permeability is in the range of about 4.9 slpm/cm 2 to about 6.1 slpm/cm 2 as measured at 10 psi.
Embodiment 5. The membrane of embodiment 1, wherein the air permeability is about 5.4 slpm/cm 2 , measured at 10 psi.
Embodiment 6. The membrane of embodiment 1, wherein the surface energy is in the range of about 21 dyne/cm to about 23 dyne/cm.
Embodiment 7. The membrane of embodiment 1, wherein the surface energy is about 21.5 dyne/cm.
Embodiment 8. The membrane of embodiment 1, wherein the liquid entry pressure is in the range of about 20 psi to about 25 psi as measured in a methanol:water 80:20 solution.
Embodiment 9. The membrane of embodiment 1, wherein the liquid entry pressure is about 22 psi, as measured in a methanol:water 80:20 solution.
Embodiment 10. The air permeability is about 5.4 slpm/cm 2 , the surface energy is about 21.5 dyne/cm, and the liquid entry pressure is measured in methanol:water 80:20 solution when measured at 10 psi. The membrane of claim 1, wherein the membrane is about 22 psi when applied.
Embodiment 11. The membrane of embodiment 1, which is bacteria-retentive.
Embodiment 12. The membrane of embodiment 1, which is uniaxially or biaxially stretched.
Embodiment 13. The membrane of embodiment 1, which exhibits IR absorption corresponding to ester groups and corresponding to carbon-fluorine stretching.
Embodiment 14. 14. The membrane of claim 13 having an IR absorption corresponding to ester groups at about 1760 cm- 1 .
Embodiment 15. The membrane of embodiment 13, wherein the IR absorption corresponding to the carbon-fluorine stretch is between about 1289 cm -1 and about 1114 cm -1 .
Embodiment 16. 14. The membrane of embodiment 13, wherein the area of the ester groups divided by the total peak area corresponding to polyethylene stretch is about 0.024.
Embodiment 17. A method for producing a surface-modified porous polyethylene membrane, comprising:
a) contacting the polyethylene membrane with an alcohol solution containing benzophenone;
b) contacting the polyethylene membrane with the grafting solution,
i) perfluorinated monomer; and ii) a membrane comprising a decamethyl tetrasiloxane process for surface modification; exposing and c) film to electromagnetic radiation, thereby comprising the step of causing the surface-modified porous ultrahigh molecular weight polyethylene membrane, Method.
Embodiment 18. The method according to embodiment 17, wherein the perfluorinated monomer is a perfluoro-n-alkyl acrylate.
Embodiment 19. The method according to embodiment 17, wherein the perfluorinated monomer is perfluoro-n-octyl acrylate.
Embodiment 20. The method of embodiment 17, wherein the surface modified porous ultra high molecular weight polyethylene membrane has an air permeability in the range of about 4.9 slpm/cm 2 to about 9.4 slpm/cm 2 when measured at 10 psi. ..
Embodiment 21. 18. The method of embodiment 17, wherein the surface modified porous ultra high molecular weight polyethylene membrane has a surface energy in the range of about 15 dyne/cm to about 25 dyne/cm.
Embodiment 22. 18. The method of embodiment 17, wherein the surface modified porous ultra high molecular weight polyethylene membrane has a liquid entry pressure in the range of about 5 psi to about 25 psi when measured in a methanol:water 80:20 solution.
When measured in embodiments 23.10Psi, about 5.9slpm / cm 2 - a polyethylene film having a bubble point in the range of about 9.4slpm / cm 2 air permeability in the range of and about 12psi- about 19psi And a polyethylene membrane having a molecular weight in the range of about 2,000,000 daltons to about 9,000,000 daltons.
Embodiment 24. A method of venting, comprising the step of flowing a gas through the surface-modified polyethylene membrane according to any of the preceding claims.
Embodiment 25. A method of degassing comprising the step of diffusing steam through a surface modified polyethylene membrane according to any of the preceding claims.
Embodiment 26. A method of membrane distillation comprising passing steam through a surface modified polyethylene membrane according to any of the preceding claims.
Embodiment 27. A vent membrane comprising an expanded porous polyethylene membrane and a perfluorinated monomer that modifies one or more surfaces of the expanded porous polyethylene membrane, which is bacteria-retentive as determined by ASTM F838-05, and:
e) when measured at 10 psi, about 4.9slpm / cm 2 - an air permeability in the range of about 9.4slpm / cm 2; and f) from about 15 dyne / cm- surface energy in the range of about 25 dyne / cm A vent membrane.
Embodiment 28. A vent membrane according to embodiment 27, having a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 8 MPa to about 12 MPa in megapascals and about 0.2 mm/mm to about 0.3 mm/mm in millimeters/millimeters. After gamma-irradiating the vent membrane with tensile strain and with a gamma-ray dose of at least about 25 kGy, the tensile stress measured in the crossweb direction is from about 5 MPa to about 8 MPa in megapascals and about 0. 3 mm/mm-vent membrane having a tensile strain of about 0.5 mm/mm.
Embodiment 29. 29. The vent membrane according to any one of embodiments 27-28, wherein the stretched porous polyethylene membrane is biaxially stretched.
Embodiment 30. The vent membrane according to any one of embodiments 27-29, wherein the expanded porous polyethylene membrane is ultra high molecular weight polyethylene.
Embodiment 31. A vent membrane according to any one of embodiments 27 to 30, wherein the perfluorinated monomer comprises perfluoro-n-alkyl acrylate.
Embodiment 32. Any one of embodiments 27-31, wherein the vent membrane comprising a perfluorinated monomer that modifies one or more surfaces of the expanded porous polyethylene membrane has a surface energy in the range of 21 dyne/cm-23 dyne/cm. Bent membrane described in 1.
Embodiment 33. The stretched porous polyethylene membrane before gamma ray treatment has a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 12 MPa to about 16 MPa in megapascals and about 0.5 mm/mm to about 0.9 mm/mm in millimeters/millimeters. The stretched polyethylene film has a tensile strain and has a tensile stress of about 6 MPa to about 8.5 MPa in megapascals measured in the cross-web direction and about 1.0 mm/mm to about 1. 33. The vent membrane according to any one of embodiments 27-32, having a tensile strain of 8 mm/mm.
Embodiment 34. A vent filter comprising the vent membrane according to any one of embodiments 27 to 33, wherein the vent membrane is fixed to the housing.
Embodiment 35. A method for manufacturing a vent membrane, comprising:
a) Wetting the porous polyethylene membrane with a solution containing benzophenone, wherein the stretched porous polyethylene membrane has a tensile stress of about 12 MPa to about 16 MPa in megapascals measured in the machine direction and about a millimeter/millimeter. The tensile polyethylene membrane has a tensile strain of 0.5 mm/mm-about 0.9 mm/mm, and the stretched polyethylene membrane has a tensile stress of about 6 MPa-about 8.5 MPa in millimeters/millpascals measured in the crossweb direction and a millimeter/ Having a tensile strain in millimeters of about 1.0 mm/mm to about 1.8 mm/mm;
b) a stretched polyethylene membrane,
i) perfluorinated monomer; and ii) contacting the grafting solution containing decamethyl tetrasiloxane; and c) membrane was exposed to electromagnetic radiation, and comprising the step of grafting the monomers to the porous polyethylene membrane, method.
Embodiment 36. The vent membrane according to embodiment 35, wherein the porous polyethylene membrane is biaxially stretched.
Embodiment 37. The vent membrane according to any one of embodiments 35 to 36, wherein the porous polyethylene membrane is ultra-high molecular weight polyethylene.
Embodiment 38. 38. The vent membrane according to any one of embodiments 35-37, wherein the perfluorinated monomer comprises perfluoro-n-alkyl acrylate.
Embodiment 39. A vent membrane produced by the method of any one of embodiments 35-38, which is bacteria-retentive as determined by ASTM F838-05, and:
g) when measured at 10 psi, about 4.9slpm / cm 2 - an air permeability in the range of about 9.4slpm / cm 2; and h) from about 15 dyne / cm- surface energy in the range of about 25 dyne / cm A vent membrane.
Embodiment 40. A vent membrane according to embodiment 39, having a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 8 MPa to about 12 MPa in megapascals and about 0.2 mm/mm to about 0.3 mm/mm in millimeters/millimeters. After gamma-irradiating the vent membrane with tensile strain and with a gamma-ray dose of at least about 25 kGy, the tensile stress measured in the crossweb direction is from about 5 MPa to about 8 MPa in megapascals and about 0. 3 mm/mm-vent membrane having a tensile strain of about 0.5 mm/mm.
Embodiment 41. A vent membrane comprising a gamma-stable porous polymer membrane and a perfluorinated monomer that modifies one or more surfaces of the porous polymer membrane, which is bacteria-retentive as determined by ASTM F838-05, and:
i) air permeability in the range of about 4.9 slpm/cm 2 to about 9.4 slpm/cm 2 when measured at 10 psi;
j) a surface energy in the range of about 15 dyne/cm to about 25 dyne/cm; and a tensile strain of about 0.2 mm/mm to about 0.3 mm/mm in millimeters/millimeters measured in the machine direction, And after gamma-irradiation of the vent membrane with a gamma-ray dose of at least about 25 kGy, a tensile stress of about 5 MPa-about 8 MPa in megapascals measured in the cross-web direction and about 0.3 mm/mm-about mm/mm. A vent membrane having a tensile strain of 0.5 mm/mm.

一般的な実験:膜伸張
UPE膜は100℃で予熱される。次に、予熱された膜は、2つのニップ(クローズドローラー)で縦方向(長手方向)に伸張される。連続する各ニップの速度は、前のニップの速度よりも大きい。したがって、各ニップの速度が1.4倍に増加する場合、第2のニップの速度は、1.4×1.4=1.96倍に増加する。次いで、膜は、さらに2本のローラーを通って約60℃−70℃まで冷却される。膜が縦方向伸張セクションを出るとき、膜の長さはおよそ2倍になり、膜の幅は約12インチ(30.5cm)から約9.5インチ(24.1cm)に減少する。
General Experiments: Membrane Stretch UPE membranes are preheated at 100°C. The preheated membrane is then stretched longitudinally (longitudinal) in two nips (closed rollers). The speed of each successive nip is greater than the speed of the previous nip. Therefore, if the speed of each nip increases 1.4 times, the speed of the second nip increases 1.4×1.4=1.96 times. The membrane is then cooled through about two more rollers to about 60°C-70°C. As the membrane exits the longitudinal stretch section, the length of the membrane is approximately doubled and the width of the membrane is reduced from about 12 inches (30.5 cm) to about 9.5 inches (24.1 cm).

縦方向に伸張した膜は、次いで、クロスウェブ方向ストレッチャー(テンターとも呼ばれる。)に送られる。膜は、縦方向に進むクリップによってテンター内に送られる。クリップは、10フィート(3.0メートル)の予熱されたオーブン内を進み、次いで、クリップは、伸張ゾーンオーブン内をV字形に進み、したがって、膜を横方向に伸張する。予熱されたオーブンの温度は約100℃であり、伸張ゾーンの温度は約105℃である。次に、膜は、クリップが平行のままであるアニーリングゾーン内を進む。アニーリングゾーン温度は、伸張ゾーンよりも摂氏5−15度高く、ただし、ポリマーの融点よりも少なくとも摂氏5度低く設定される。伸張操作は、伸張比に応じて、1分当たり約3フィート(0.9メートル)−10フィート(3.0メートル)で行われる。 The longitudinally stretched membrane is then fed to a cross-web stretcher (also called a tenter). The membrane is fed into the tenter by a longitudinally advancing clip. The clip travels in a 10 foot (3.0 meter) preheated oven, which then travels in a V-shape in the extension zone oven, thus stretching the membrane laterally. The temperature of the preheated oven is about 100°C and the temperature of the extension zone is about 105°C. The membrane then proceeds in an annealing zone where the clips remain parallel. The annealing zone temperature is set 5-15 degrees Celsius above the extension zone, but at least 5 degrees Celsius below the melting point of the polymer. Stretching operations are performed at about 3 feet (0.9 meters)-10 feet (3.0 meters) per minute, depending on the stretch ratio.

一般的な実験:視覚的バブルポイント
視覚的バブルポイント試験法では、膜の濡れた孔に空気を押し通すのに必要な圧力を測定する。
General Experiment: Visual Bubble Point The visual bubble point test method measures the pressure required to force air through a wet pore in a membrane.

乾燥した膜サンプルの47mmの円板をホルダー内に取り付けることによって試験を実施した。ホルダーは、膜を濡らすために膜の上流側に少量のIPA:水60:40混合物をオペレーターが入れられるように設計されている。次いで、膜の孔に空気を押し通すために圧力が徐々に上げられる。膜の視覚的バブルポイントは、濡れた膜の少なくとも1つの孔から60%IPAを追い出すのに必要な最低圧力によって測定される。 The test was carried out by mounting a 47 mm disc of the dried membrane sample in a holder. The holder is designed to allow an operator to put a small amount of IPA:water 60:40 mixture upstream of the membrane to wet the membrane. The pressure is then gradually increased to force air through the pores of the membrane. The visual bubble point of the membrane is measured by the minimum pressure required to drive 60% IPA out of at least one pore of the wetted membrane.

一般的な実験:空気透過率
乾燥した47mmの膜の円板をホルダーに入れ、流量計を使用して10psi(69kPa)時の空気透過率を標準リットル/分(slpm)で記録し、透過率をslpm/cmで計算することによって空気透過率を測定した。
General Experiment: Air Permeability Dry 47 mm membrane discs were placed in a holder and the air permeability at 10 psi (69 kPa) was recorded using a flow meter at standard liters/minute (slpm) to determine the permeability. The air permeability was measured by calculating the value of slpm/cm 2 .

実施例1
実施例1は、公称0.1ミクロンの孔径(92ミクロン厚)を有するUPE膜の伸張の影響を示す。膜の視覚的バブルポイント及び空気透過率を測定した。比較のために、0.2ミクロンのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜(40ミクロン厚)及び0.2ミクロンのポリフッ化ビニリデン(PVDF)(115ミクロン厚)膜の視覚的バブルポイント及び空気透過率も確認した。
Example 1
Example 1 shows the effect of stretching a UPE membrane with a nominal 0.1 micron pore size (92 micron thickness). The visual bubble point and air permeability of the membrane were measured. For comparison, visual bubble point and air permeability of 0.2 micron polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane (40 micron thick) and 0.2 micron polyvinylidene fluoride (PVDF) (115 micron thick) membrane. I also confirmed.

92ミクロン厚の膜サンプルを、縦方向及びクロスウェブ方向に厚さ30ミクロンまで2倍に伸張した。膜の視覚的バブルポイント及び空気透過率を、一般的な実験の部に記載の通り測定した。この実験の結果を表1に示したが、これは、膜の視覚的バブルポイントが、伸張時に32psiから19psiに低下する一方、空気透過率が、10psi時に0.49(slpm/cm)から5.9標準リットル/分/面積(slpm/cm)に12倍に増加することを示す(表1、UPE 0.1ミクロン及びUPE 0.1ミクロン(伸張2×2)参照)。伸張UPE膜は、公称0.2ミクロンのPTFE膜及びPVDF膜と比べて、優れた空気透過率を有する。 A 92 micron thick film sample was stretched twice in the machine and cross-web directions to a thickness of 30 microns. The visual bubble point and air permeability of the membrane were measured as described in the general experimental part. The results of this experiment are shown in Table 1, which shows that the membrane's visual bubble point drops from 32 psi to 19 psi on extension while air permeability from 0.49 (slpm/cm 2 ) at 10 psi. It shows a 12-fold increase in 5.9 standard liters/minute/area (slpm/cm 2 ) (see Table 1, UPE 0.1 micron and UPE 0.1 micron (extension 2×2)). Stretched UPE membranes have superior air permeability compared to nominal 0.2 micron PTFE and PVDF membranes.

実施例2
実施例2は、膜の視覚的バブルポイント及び空気透過率に対する公称0.2ミクロンの孔径を有するUPE膜の伸張の影響を示す。
Example 2
Example 2 shows the effect of stretching a UPE membrane with a nominal 0.2 micron pore size on the membrane's visual bubble point and air permeability.

90ミクロンの膜サンプルを、縦方向に3倍に、クロスウェブ方向に4倍に伸張して、厚さ27ミクロンを得た。膜の視覚的バブルポイント及び空気透過率を、一般的な実験の部に記載の通り測定した。この実験の結果は、膜の視覚的バブルポイントが、伸張時に19psiから12psiに低下する一方、10psi時の空気透過率が、1.97から9.4slpm/cmに増加したことを示す。 A 90 micron membrane sample was stretched 3 times in the machine direction and 4 times in the crossweb direction to give a thickness of 27 microns. The visual bubble point and air permeability of the membrane were measured as described in the general experimental part. The results of this experiment show that the visual bubble point of the membrane dropped from 19 psi to 12 psi upon stretching while the air permeability at 10 psi increased from 1.97 to 9.4 slpm/cm 2 .

実施例3
実施例3では、ベンゾフェノン溶液の調製を説明する。
Example 3
Example 3 describes the preparation of a benzophenone solution.

0.16グラムのベンゾフェノン(99%、Sigma−Aldrich)を40mlのイソプロピルアルコール(IPA)に溶解して、0.4重量%ベンゾフェノン溶液を得た。 0.16 grams of benzophenone (99%, Sigma-Aldrich) was dissolved in 40 ml of isopropyl alcohol (IPA) to give a 0.4 wt% benzophenone solution.

実施例4
実施例4では、過フッ素化モノマーを含むグラフト化溶液の調製を説明する。
Example 4
Example 4 describes the preparation of a grafting solution containing a perfluorinated monomer.

4gのパーフルオロ-n-オクチルアクリレート(97% Exfluor Research Corporation)及び36gのデカメチルテトラシロキサン(97% sigma)を含む溶液を調製した。

4g perfluoro -n- octyl acrylate (97% Exfluor Research Corporation) and a solution containing a decamethyl tetrasiloxane (97% sigma) of 36g was prepared.

実施例5
実施例5では、伸張UPE膜の表面修飾を説明する。
Example 5
Example 5 describes the surface modification of stretched UPE membranes.

実施例1の伸張UPE膜の47mmの円板を、実施例3に記載の0.4%ベンゾフェノン溶液で25秒間濡らした。次いで、膜の円板を室温で5分間乾燥させた。次いで、乾燥した膜の円板を実施例4に記載のグラフト化溶液に入れた。ディッシュを覆い、膜をグラフト化溶液に2分間浸漬した。膜の円板を取り出し、1milのポリエチレンシートの間に挟んだ。ポリエチレン/膜の円板/ポリエチレンのサンドイッチがテーブルの上で平坦になるように、その上にゴムローラーを転がして過剰な溶液を除去した。次いで、200nmから600nmの波長で放射するFusion Systems広帯域UV曝露ラボユニット内にこの集成材を搬送する搬送ユニットにポリエチレンのサンドイッチをテープで留めた。曝露時間は、この集成材がUVユニット内を移動する速さによって制御される。この実施例では、この集成材は、UVチャンバー内を7フィート/分(2.1メートル/分)で移動した。UVユニットから出てきた後、膜をサンドイッチから取り出し、すぐにメタノールに入れ、その中で5分間かき混ぜて洗浄した。この洗浄手順の後、膜を、50℃で動作するオーブン内のホルダー上で10分間乾燥させた。 A 47 mm disc of the stretched UPE membrane of Example 1 was wetted with the 0.4% benzophenone solution described in Example 3 for 25 seconds. The membrane disc was then dried at room temperature for 5 minutes. The dried membrane disc was then placed in the grafting solution described in Example 4. The dish was covered and the membrane was immersed in the grafting solution for 2 minutes. The membrane disc was removed and sandwiched between 1 mil polyethylene sheets. Excess solution was removed by rolling a rubber roller on it so that the polyethylene/membrane disc/polyethylene sandwich was flat on the table. The polyethylene sandwich was then taped to a delivery unit that delivered this assembly into a Fusion Systems Broadband UV exposure lab unit emitting at a wavelength of 200 nm to 600 nm. The exposure time is controlled by the speed at which this laminate moves through the UV unit. In this example, the laminate traveled at 7 feet/minute (2.1 meters/minute) in the UV chamber. After coming out of the UV unit, the membrane was taken out of the sandwich and immediately put into methanol and stirred in it for 5 minutes for washing. After this washing procedure, the membrane was dried for 10 minutes on the holder in an oven operating at 50°C.

得られた膜は、10psi時に5.44slpm/cmの空気透過率を有し、グラフト化多孔質膜の空気透過率が、実質的に同じか、又は出発多孔質膜の空気透過率の±10%以内であることを示した。 The resulting membrane had an air permeability of 5.44 slpm/cm 2 at 10 psi, with the air permeability of the grafted porous membrane being substantially the same, or ± of the air permeability of the starting porous membrane. It was shown to be within 10%.

実施例6
実施例6は、実施例5の修飾伸張UPE膜の表面エネルギーを示す。
Example 6
Example 6 shows the surface energy of the modified stretched UPE membrane of Example 5.

実施例5に記載の表面修飾伸張UPE膜の表面エネルギーを、少量のIPA:水の溶液を膜表面に加え、膜を濡らす水中のIPAの体積パーセントを調べることによって測定した。湿潤液は、少量の溶液が膜に触れた直後に膜表面を半透明にする。湿潤液の表面エネルギーは、膜の表面エネルギーと見なされる。 The surface energy of the surface-modified stretched UPE membrane described in Example 5 was measured by adding a small amount of IPA:water solution to the membrane surface and examining the volume percent of IPA in water to wet the membrane. The wetting liquid makes the surface of the membrane translucent immediately after a small amount of the solution touches the membrane. The surface energy of the wetting liquid is considered the surface energy of the membrane.

この実験の結果を表2に示す。21.22dyne/cmの表面エネルギーを有する100%IPAのみが、表面修飾伸張膜を濡らす。比較すると、公称0.2ミクロンの非修飾PTFE膜は、21.75dyne/cmの表面エネルギーを有する[Der Chemica Sinica, 2011, 2(6):212-221]。これらの結果は、表面修飾伸張UPE膜が、PTFE膜より疎水性であることを示す。
The results of this experiment are shown in Table 2. Only 100% IPA with a surface energy of 21.22 dyne/cm wets the surface modified stretch film. By comparison, a nominal 0.2 micron unmodified PTFE membrane has a surface energy of 21.75 dyne/cm [Der Chemica Sinica, 2011, 2(6):212-221]. These results indicate that the surface modified expanded UPE membrane is more hydrophobic than the PTFE membrane.

実施例7
実施例7は、実施例5の修飾伸張UPE膜の液体侵入圧力を示す。
Example 7
Example 7 shows the liquid entry pressure of the modified stretched UPE membrane of Example 5.

実施例5からの修飾伸張膜の47mmの円板を、100mlのメタノール:水80:20混合物が入った貯槽に接続されたフィルターホルダーに入れた。貯槽に接続された圧力調節器を使用して、フィルターホルダー内の膜の上流側から下流側に液体が通るまで圧力を徐々に上げた。乾燥した膜の孔に液体を押し通すのに必要な最低圧力が、膜の液体侵入圧力と定義される。 A 47 mm disc of modified stretched membrane from Example 5 was placed in a filter holder connected to a reservoir containing 100 ml of methanol:water 80:20 mixture. A pressure regulator connected to the reservoir was used to gradually increase the pressure until liquid passed from upstream to downstream of the membrane in the filter holder. The minimum pressure required to force a liquid through the pores of a dried membrane is defined as the membrane's liquid entry pressure.

この実験の結果は、表面修飾伸張膜の液体侵入圧力が17psiであることを示した。比較すると、0.2ミクロンのPTFE膜は、6psiの液体侵入圧力を有していた。この結果は、表面修飾伸張UPEが、PTFEよりも濡れを防ぎ、したがって、用途環境において使用されるとき、PTFEよりも濡れを防ぐことを示す。 The results of this experiment indicated that the liquid modified extension membrane had a liquid entry pressure of 17 psi. By comparison, the 0.2 micron PTFE membrane had a liquid entry pressure of 6 psi. The results show that the surface-modified stretched UPE protects against wetting more than PTFE and, therefore, protects against wetting than PTFE when used in an application environment.

実施例8
実施例8は、伸張UPE膜の液体細菌保持率を示す。
Example 8
Example 8 shows liquid bacterial retention of stretched UPE membranes.

参考文献:この調査は、以下の参考文献に基づいて実施された:ASTM International F838-05/R (2013) Standard Test Method for Determining Bacterial Retention of Membrane Filters Utilized for Liquid Filtration(これは、細菌保持率を評価するためのプロトコルを説明している。);ISO 10993-12, 2012, Biological Evaluation of Medical Devices - Part 12:Sample Preparation and Reference Materials(これは、サンプル調製に関する要件を規定している。);及びISO/IEC 17025, 2005, General Requirements for the Competence of Testing and Calibration Laboratories(これは、校正及び試験に関する要件を規定している)。 References: This study was conducted based on the following references: ASTM International F838-05/R (2013) Standard Test Method for Determining Bacterial Retention of Membrane Filters Utilized for Liquid Filtration. ISO 10993-12, 2012, Biological Evaluation of Medical Devices-Part 12:Sample Preparation and Reference Materials, which specifies requirements for sample preparation.; And ISO/IEC 17025, 2005, General Requirements for the Competence of Testing and Calibration Laboratories, which specify requirements for calibration and testing.

一般的な手順:3つの試験物品フィルター(SUPGP047000、実施例2に従って調製)を、3つのポジティブコントロールフィルター(HVHP047000、細菌を100%は保持しないと予想される0.45ミクロンのPVDF膜)と共に、フィルターハウジングユニット内にあらかじめ組み立てた。試験前に、すべてのユニットを重力置換式蒸気滅菌(121℃、15分間)により滅菌し、周囲温度まで徐冷し、フィルター組立品を密封するように組立品にトルクを与えた。試験物品フィルター及びコントロールフィルターを、70%フィルター滅菌イソプロパノール(IPA)、続いて、滅菌脱イオン水(DI水)であらかじめ濡らした。建屋内真空との統合及び細菌保持率の試験のために、適切な附属品(配管及び回収容器)を準備(組み立て及び滅菌)した。冷凍ストックからのアリコートをTSA寒天平板上に画線することによって、シュードモナス・ディミヌタ(Brevundimonas diminuta)(ATCC#19146)の細菌チャレンジを準備した。画線のインキュベーション後、微生物を接種用ループで10−20mLの栄養ブイヨン中に回収した。次いで、分光光度計を使用して1×10CFU/mL超の密度まで懸濁液を調整し、段階希釈後の接種検証、TSAでの平板培養、及び30−35℃で約4日間のインキュベーションにより確認した。フィルター組立品の上部入口ポートを通じて、サンプルに3mLの細菌チャレンジを播種した。細菌チャレンジを約6psiの建屋内真空圧下、フィルターサンプルから引き出した。次いで、濾液を回収し、膜濾過によるB.diminutaの有無(完全回収)について評価した。次いで、回収フィルターをトリプチケースソイ寒天(TSA)平板に移し、30−35℃で7日間インキュベートした。ポジティブコントロールを同じ方法でチャレンジし、回収した濾液を、二つ組で段階希釈及び塗抹平板培養した後の細菌保持率について評価した。滅菌栄養ブイヨンがチャレンジ培地として働いたこの調査では、単一のネガティブコントロールを含めた。リン酸緩衝食塩水(PBS)、栄養ブイヨン及び脱イオン水(予備湿潤のために使用)の試験は、この調査に使用した培地が無菌であることを示した(データは示さず)。
General procedure: Three test article filters (SUPGP047000, prepared according to Example 2) with three positive control filters (HVHP047000, 0.45 micron PVDF membrane expected not to retain 100% bacteria). Preassembled in the filter housing unit. Prior to testing, all units were sterilized by gravity displacement steam sterilization (121° C., 15 minutes), annealed to ambient temperature, and the assembly torqued to seal the filter assembly. Test article filters and control filters were pre-wetted with 70% filter sterilized isopropanol (IPA) followed by sterile deionized water (DI water). Appropriate accessories (piping and collection vessels) were prepared (assembled and sterilized) for integration with the building vacuum and for testing bacterial retention. A bacterial challenge of Pseudomonas diminuta (ATCC #19146) was prepared by streaking aliquots from frozen stock on TSA agar plates. After the streak incubation, the microorganisms were harvested in an inoculation loop in 10-20 mL of nutrient broth. The suspension was then adjusted using a spectrophotometer to a density above 1×10 7 CFU/mL, inoculation verification after serial dilution, plating on TSA, and 30-35° C. for about 4 days. Confirmed by incubation. Samples were seeded with 3 mL of bacterial challenge through the upper inlet port of the filter assembly. Bacterial challenge was withdrawn from the filter samples under a building vacuum of approximately 6 psi. The filtrate is then recovered and B. The presence or absence of diminuta (complete recovery) was evaluated. The recovery filters were then transferred to Trypticase Soy Agar (TSA) plates and incubated at 30-35°C for 7 days. Positive controls were challenged in the same way and the collected filtrates were evaluated for bacterial retention after serial dilution and smear plating in duplicate. A single negative control was included in this study where sterile nutrient broth served as the challenge medium. Testing of phosphate buffered saline (PBS), nutrient broth and deionized water (used for pre-wetting) showed that the medium used for this study was sterile (data not shown).

実施例8の結果は、実施例2に従って調製された伸張UPE膜が、B.diminuta菌を100%保持し、ASTM F838−05/R(2013)に合格することにより判定される細菌保持性であることを示す。 The results of Example 8 show that the stretched UPE membrane prepared according to Example 2 has a B.I. It shows that the bacteria retains 100% of diminuta bacteria and is bacteria retaining as judged by passing ASTM F838-05/R (2013).

実施例9: 走査型電子顕微鏡法(SEM)
走査型電子顕微鏡法を使用して、膜の表面を観察し、伸張プロセスの間に膜表面に変化が起きたのか判断することができる。
Example 9: Scanning electron microscopy (SEM)
Scanning electron microscopy can be used to observe the surface of the membrane to determine if changes have occurred to the membrane surface during the stretching process.

実施例1による伸張前後の公称0.1ミクロンの膜(60%IPA中の視覚的BP 32psi)のサンプルに金スパッタを行った後、FEI Quanta 200 SEM System(FEI Company(米国オレゴン州ヒルズボロ)から入手できる。)を使用して、10kVの加速電圧で走査した。図1A−Bは、対称の非伸張UPE膜及び対称の伸張UPE膜それぞれのSEM像である。5000倍の倍率が何れの場合も使用された。 Samples of nominal 0.1 micron film (32 psi visual BP in 60% IPA) before and after stretching according to Example 1 were gold sputtered and then from the FEI Quanta 200 SEM System (FEI Company, Hillsboro, Oreg.). Available) and scanned at an accelerating voltage of 10 kV. 1A-B are SEM images of symmetrical unstretched UPE membrane and symmetrical stretched UPE membrane, respectively. A 5000× magnification was used in each case.

伸張プロセスは、より開いた構造につながるが、これは、粒子を保持する節の間に延びる並んだフィブリルによって高い空気透過率を実現した。 The stretching process leads to a more open structure, which achieved high air permeability due to the side-by-side fibrils extending between the nodes that hold the particles.

実施例10
この実施例は、膜の機械的特性に対する開示の伸張プロセスの影響を示す。
Example 10
This example illustrates the effect of the disclosed stretching process on the mechanical properties of the membrane.

(実施例1による)伸張前後の膜の引張破壊歪みを、Instron(商標)Force Transducerモデル2519−102、コンピュータ及びBlue Hillソフトウェアを備えたInstron(商標)モデル3342 Compression/Tensile測定器を使用して評価した。 The tensile strain at break of the membrane before and after stretching (according to Example 1) was measured using an Instron(TM) Force Transducer model 2519-102, an Instron(TM) model 3342 Compression/Tensile instrument equipped with a computer and Blue Hill software. evaluated.

それぞれの膜から縦方向及びクロスウェブ方向の1つのサンプルを破壊するまで連続引張りすることにより試験した。金属ダイカッターを使用して、サンプルを1”×4.5”の寸法に切断した。 Testing was performed by continuous pulling one sample from each film in the machine direction and the cross-web direction until breaking. The sample was cut into 1" x 4.5" dimensions using a metal die cutter.

図2A−Bは、非伸張UHMWPE膜(青)及び伸張UHMWPE膜(赤)における縦(MD)(図2A)方向及びクロスウェブ(CW)方向(図2B)の応力−歪み曲線を示す。膜の引張破壊歪みは、伸張後、おおよそMDは8分の1、CWは5.5分の1に低下する。 2A-B show the stress-strain curves in the machine direction (MD) (FIG. 2A) and cross-web (CW) direction (FIG. 2B) for unstretched UHMWPE membrane (blue) and stretched UHMWPE membrane (red). After stretching, the tensile fracture strain of the film is reduced to about 1/8 in MD and 5.5 in CW.

図2A−Bは、非伸張多孔質ポリエチレン膜が、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約10MPa−約14MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約4.5mm/mm−約5.5mm/mmの引張歪みを有し、且つ非伸張膜が、クロスウェブ方向に測定されたメガパスカル単位で約6.5MPa−約8.5MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約7.0mm/mm−約9.5mm/mmの引張歪みを有することを示す。グラフはさらに、伸張多孔質ポリエチレン膜が、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約12MPa−約16MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.5mm/mm−約0.9mm/mmの引張歪みを有し、且つベント膜が、クロスウェブ方向に測定されたメガパスカル単位で約6MPa−約8.5MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約1.0mm/mm−約1.8mm/mmの引張歪みを有することを示す。 2A-B show that a non-expanded porous polyethylene membrane has a tensile stress measured in the machine direction of about 10 MPa to about 14 MPa in megapascals and about 4.5 mm/mm to about 5.5 mm/mm. An unstretched film having a tensile strain of mm and a tensile stress of about 6.5 MPa in megapascals-about 8.5 MPa and a value of about 7.0 mm/mm-in millimeters/millimeters-measured in the cross-web direction. It has a tensile strain of about 9.5 mm/mm. The graph further illustrates that the expanded porous polyethylene membrane has a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 12 MPa to about 16 MPa in megapascals and a tensile stress of about 0.5 mm/mm to about 0.9 mm/mm in millimeters/millimeters. The strained and vent membrane has a tensile stress of about 6 MPa to about 8.5 MPa in megapascals measured in the crossweb direction and about 1.0 mm/mm to about 1.8 mm/mm in millimeters/millimeters. It has a tensile strain of.

実施例11
この実施例は、伸張膜の機械的特性に対するガンマ線滅菌の影響を示す。
Example 11
This example demonstrates the effect of gamma sterilization on the mechanical properties of stretched membranes.

実施例1に従って伸張し、実施例5に従って修飾した膜をこの実施例において使用した。15×30cmの膜シートを密封したポリエチレン袋に入れ、30.6kGyのガンマ線線量に395分間曝露した。 Membranes stretched according to Example 1 and modified according to Example 5 were used in this example. A 15 x 30 cm membrane sheet was placed in a sealed polyethylene bag and exposed to a gamma ray dose of 30.6 kGy for 395 minutes.

ガンマ線曝露前後の膜の引張破壊歪みを、Instron(商標)Force Transducerモデル2519−102、コンピュータ及びBlue Hillソフトウェアを備えたInstron(商標)モデル3342 Compression/Tensile測定器を使用して評価した。 The tensile strain at break of the membranes before and after gamma irradiation was evaluated using an Instron™ Model 3342 Compression/Tensile instrument equipped with an Instron™ Force Transducer model 2519-102, computer and Blue Hill software.

それぞれの膜から縦方向の2つのサンプル及びクロスウェブ方向の2つのサンプルを破壊するまで連続引張りすることにより試験した。金属ダイカッターを使用して、サンプルを1”×4.5”の寸法に切断した。 Each film was tested by continuous pulling two samples in the machine direction and two samples in the crossweb direction until breaking. The sample was cut into 1" x 4.5" dimensions using a metal die cutter.

図3A−Bは、伸張UHMWPE膜(緑の点線)、ガンマ線曝露した伸張UHMWPE膜(赤)並びにガンマ線曝露した伸張及び表面修飾UHMWPE膜(青)における縦(MD)方向(図3A)及びクロスウェブ(CW)方向(図3B)の応力−歪み曲線を示す。伸張膜及び表面修飾−伸張膜の引張破壊歪みは、ガンマ線曝露後、ガンマ線曝露前の伸張膜と比べて、おおよそMDは2.5分の1及びCWは3.3分の1に低下した。修飾及び非修飾伸張膜の引張破壊歪みは、ガンマ線曝露後も同じであり、伸張膜の機械的特性に対する表面修飾の最小限の影響を示す。 FIGS. 3A-B show longitudinal (MD) orientation (FIG. 3A) and cross-web in stretched UHMWPE membrane (green dotted line), gamma-ray exposed stretched UHMWPE membrane (red) and gamma-exposed stretched and surface modified UHMWPE membrane (blue). The stress-strain curve of a (CW) direction (FIG. 3B) is shown. The tensile fracture strain of the stretched film and the surface modified-stretched film was reduced by approximately 2.5 times in MD and 3.3 times in CW after the gamma ray exposure and before the gamma ray exposure. The tensile fracture strains of modified and unmodified stretched membranes are similar after gamma-ray exposure, indicating a minimal effect of surface modification on the mechanical properties of stretched membranes.

図3A−Bは、少なくとも約25kGyのガンマ線線量によるベント膜のガンマ線処理後に、ベント膜が依然として、縦方向に測定されるメガパスカル単位で約8MPa−約12MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.2mm/mm−約0.3mm/mmの引張歪みを有することができて、且つベント膜が、クロスウェブ方向に測定されるメガパスカル単位で約5MPa−約8MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で約0.3mm/mm−約0.5mm/mmの引張歪みを有することを示す。 3A-B show that after gamma-ray treatment of the vent membrane with a gamma-ray dose of at least about 25 kGy, the vent membrane still has a tensile stress measured in the longitudinal direction of about 8 MPa to about 12 MPa in millimeters per millimeter and a tensile stress of about 12 MPa. 0.2 mm/mm to about 0.3 mm/mm tensile strain, and the vent membrane has a tensile stress of about 5 MPa to about 8 MPa in millimeters per millimeter measured in the cross-web direction and millimeters/millimeter. It has a tensile strain of about 0.3 mm/mm to about 0.5 mm/mm.

実施例12
この実施例では、表面修飾伸張膜のATR−FTIR分光法を説明する。
Example 12
This example describes ATR-FTIR spectroscopy of a surface modified stretch film.

膜表面にグラフトされたモノマーの量を、ピーク比の形でATR−FTIR(「ATR」)分光法により決定した。ATR測定を、ゲルマニウム結晶を収容するATRアセンブリを備えたBruker Tensor 27 FTIRを使用して実施した。すべてのスペクトルを、32スキャン、分解能4cm−1で記録した。バックグラウンドは裸の結晶であった。図4は、グラフト化前(点線)及び後(実線)の実施例5の伸張膜のIRスペクトルである。グラフト化後のスペクトルは、見やすいように0.6吸光度単位だけずらした。表面修飾後、グラフト化膜は、1760cm−1(アクリレートピークに対応)及び1289−1114cm−1の範囲内(炭素−フッ素伸縮に対応)に特徴的なピークを示す。OPUSデータ収集プログラムを使用して1760cm−1のピーク面積を得、(UHMWPE伸縮に対応する)2918及び2850cm−1の全ピーク面積で割り、UHMWPE(超高分子量ポリエチレン)表面にグラフトされたモノマーの量(0.024)を得た。 The amount of monomer grafted to the membrane surface was determined by ATR-FTIR ("ATR") spectroscopy in the form of peak ratios. ATR measurements were performed using a Bruker Tensor 27 FTIR equipped with an ATR assembly containing germanium crystals. All spectra were recorded with 32 scans and a resolution of 4 cm-1. The background was bare crystals. FIG. 4 is an IR spectrum of the stretched film of Example 5 before (dotted line) and after grafting (solid line). The spectra after grafting were offset by 0.6 absorbance units for ease of viewing. After surface modification, graft film is, 1760 cm -1 (corresponding to the acrylates peak) and in the range of 1289-1114cm -1 - shows characteristic peaks at (carbon corresponding to fluorine stretch). The resulting peak area of 1760 cm -1 using OPUS data collection program (corresponding to the UHMWPE stretch) 2918 and divided by the total peak area of 2850 cm -1, UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene) of monomer grafted on the surface An amount (0.024) was obtained.

実施例13
実施例13では、ベンゾフェノン溶液の調製を説明する。
Example 13
Example 13 describes the preparation of a benzophenone solution.

0.20グラムのベンゾフェノン(99%、Sigma−Aldrich)を40mlのイソプロピルアルコール(IPA)に溶解して、0.5重量%ベンゾフェノン溶液を得た。 0.20 grams of benzophenone (99%, Sigma-Aldrich) was dissolved in 40 ml of isopropyl alcohol (IPA) to give a 0.5 wt% benzophenone solution.

実施例14
実施例14では、過フッ素化モノマーを含むグラフト化溶液の調製を説明する。
Example 14
Example 14 describes the preparation of a grafting solution containing a perfluorinated monomer.

4gの2-(パーフルオロブチル)エチルアクリレート(97% Fluoryx)及び36gのGalden HT 135(Solvay)を含む溶液を調製した。 A solution containing 4 g 2-(perfluorobutyl)ethyl acrylate (97% Fluoryx) and 36 g Galden HT 135 (Solvay) was prepared.

実施例15
実施例15では、伸張UPE膜の表面修飾を説明する。
Example 15
Example 15 describes surface modification of stretched UPE membranes.

伸張UPE膜の47mmの円板を、実施例13に記載の0.5%ベンゾフェノン溶液で25秒間濡らした。次いで、膜の円板を室温で5分間乾燥させた。次いで、乾燥した膜の円板を実施例14に記載のグラフト化溶液に入れた。ディッシュを覆い、膜をグラフト化溶液に2分間浸漬した。膜の円板を取り出し、1milのポリエチレンシートの間に挟んだ。ポリエチレン/膜の円板/ポリエチレンのサンドイッチがテーブルの上で平坦になるように、その上にゴムローラーを転がして過剰な溶液を除去した。次いで、200nmから600nmの波長で放射するFusion Systems広帯域UV曝露ラボユニット内にこの集成材を搬送する搬送ユニットにポリエチレンのサンドイッチをテープで留めた。曝露時間は、この集成材がUVユニット内を移動する速さによって制御される。この実施例では、この集成材は、UVチャンバー内を10フィート/分で移動した。UVユニットから出てきた後、膜をサンドイッチから取り出し、すぐにイソプロピルアルコールに入れ、その中で5分間かき混ぜて洗浄した。この洗浄手順の後、膜を、65℃で動作するオーブン内のホルダー上で5分間乾燥させた。 A 47 mm disc of stretched UPE membrane was wetted with the 0.5% benzophenone solution described in Example 13 for 25 seconds. The membrane disc was then dried at room temperature for 5 minutes. The dried membrane disc was then placed in the grafting solution described in Example 14. The dish was covered and the membrane was immersed in the grafting solution for 2 minutes. The membrane disc was removed and sandwiched between 1 mil polyethylene sheets. Excess solution was removed by rolling a rubber roller on it so that the polyethylene/membrane disc/polyethylene sandwich was flat on the table. The polyethylene sandwich was then taped to a delivery unit that delivered this assembly into a Fusion Systems Broadband UV exposure lab unit emitting at a wavelength of 200 nm to 600 nm. The exposure time is controlled by the speed at which this laminate moves through the UV unit. In this example, the laminate traveled at 10 feet/minute in the UV chamber. After coming out of the UV unit, the membrane was removed from the sandwich and immediately put in isopropyl alcohol and stirred in it for 5 minutes to wash. After this washing procedure, the membrane was dried for 5 minutes on the holder in an oven operating at 65°C.

実施例16
実施例16は、実施例15の修飾伸張UPE膜の表面エネルギーを示す。
Example 16
Example 16 shows the surface energy of the modified stretched UPE membrane of Example 15.

実施例15に記載の表面修飾伸張UPE膜の表面エネルギーを、少量のIPA:水の溶液を膜表面に加え、膜を濡らす水中のIPAの体積パーセントを調べることによって測定した。湿潤液は、少量の溶液が膜に触れた直後に膜表面を半透明にする。湿潤液の表面エネルギーは、膜の表面エネルギーと見なされる。この場合の修飾膜は、60%IPA中で濡れる。 The surface energy of the surface modified stretched UPE membrane described in Example 15 was measured by adding a small amount of IPA:water solution to the membrane surface and examining the volume percent of IPA in water to wet the membrane. The wetting liquid makes the surface of the membrane translucent immediately after a small amount of the solution touches the membrane. The surface energy of the wetting liquid is considered the surface energy of the membrane. The modified film in this case is wet in 60% IPA.

実施例17
実施例17は、実施例15の修飾伸張UPE膜の液体侵入圧力を示す。
Example 17
Example 17 shows the liquid entry pressure of the modified stretched UPE membrane of Example 15.

実施例15からの修飾伸張膜の47mmの円板を、100mlのメタノール:水80:20混合物が入った貯槽に接続されたフィルターホルダーに入れた。貯槽に接続された圧力調節器を使用して、フィルターホルダー内の膜の上流側から下流側に液体が通るまで圧力を徐々に上げた。乾燥した膜の孔に液体を押し通すのに必要な最低圧力が、膜の液体侵入圧力と定義される。 A 47 mm disc of modified stretched membrane from Example 15 was placed in a filter holder connected to a reservoir containing 100 ml of methanol:water 80:20 mixture. A pressure regulator connected to the reservoir was used to gradually increase the pressure until liquid passed from upstream to downstream of the membrane in the filter holder. The minimum pressure required to force a liquid through the pores of a dried membrane is defined as the membrane's liquid entry pressure.

この実験の結果は、表面修飾伸張膜の液体侵入圧力が7psiであることを示した。 The results of this experiment showed that the liquid modified extension membrane had a liquid entry pressure of 7 psi.

出典明示による援用及び均等物
本明細書において引用したすべての特許、公開された出願及び参考文献の教示は、その全体が出典明示により援用される。
INCORPORATION BY RESOURCES AND EQUIVALENTS The teachings of all patents, published applications and references cited herein are incorporated by reference in their entirety.

本発明を、一又は複数の実施例に関して図示及び説明してきたが、当業者なら本明細書及び添付の図面を読み取り、理解することによって、等価な改変及び修正を思いつくであろう。本発明は、すべてのこのような修正及び改変を含み、以下の請求項の範囲によってのみ限定される。さらに、いくつかの実施例のうちのただ1つに関して本発明のある特定の特徴又は態様が開示されているかもしれないが、このような特徴又は態様は、所与又は特定の応用に望まれ、有利であり得る他の実施例の一又は複数の他の特徴又は態様と組み合わせられてもよい。さらに、用語「を含む(includes)」、「を有する(having)」、「を有する(has)」、「を伴う(with)」又はこれらの変種が発明を実施するための形態及び特許請求の範囲の何れかにおいて用いられる範囲において、このような用語は、用語「を含む(comprising)」と同様にすべてを含むよう意図されている。また、用語「例示的な(exemplary)」は、単に、最良の例ではなく、一例を意味することが意図されている。また、本明細書に示した特徴及び/又は要素は、簡単にし、理解しやすくするために互いに対して特定の寸法及び/又は向きで示されていること、実際の寸法及び/又は向きは、本明細書に示したものとは大幅に異なり得ることが理解されるべきである。 While the invention has been illustrated and described with respect to one or more embodiments, those skilled in the art will appreciate equivalent alterations and modifications upon reading and understanding the specification and the annexed drawings. The present invention includes all such modifications and alterations and is limited only by the scope of the following claims. Moreover, although certain particular features or aspects of the present invention may be disclosed with respect to only one of the several embodiments, such features or aspects may be desired for a given or particular application. , May be combined with one or more other features or aspects of other embodiments that may be advantageous. Further, the terms "includes," "having," "has," "with," or variations thereof, are used to implement the invention and the claims. In the use of any of the ranges, such terms are intended to include all as well as the term "comprising." Also, the term "exemplary" is intended only to mean an example rather than the best example. Also, the features and/or elements presented herein are shown with particular dimensions and/or orientations relative to each other for simplicity and ease of understanding, and actual dimensions and/or orientations may be It should be understood that it may differ significantly from that shown herein.

本発明は、その特定のバージョンを参照してかなり詳細に説明されてきたが、他のバージョンも可能である。例えば、液体からガスを除去する脱ガスのためにベント膜を使用することができる。さらに、膜蒸留のためにベント膜を使用することができる。さらに別の伸張及び表面修飾膜を、一回使用の液体包装用の一体型又は交換可能なベントとして使用することができる。さらに別の伸張及び表面修飾膜を、保護衣及びエンクロージャなどの物品において使用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲は、本明細書に含まれる説明及びバージョンに限定されるべきではない。 Although the present invention has been described in considerable detail with reference to that particular version, other versions are possible. For example, a vent membrane can be used for degassing to remove gas from a liquid. In addition, vent membranes can be used for membrane distillation. Still other stretch and surface modified membranes can be used as an integral or replaceable vent for single use liquid packaging. Still other stretch and surface modified membranes can be used in articles such as protective apparel and enclosures. Therefore, the spirit and scope of the appended claims should not be limited to the description and versions contained herein.

Claims (8)

グラフト化多孔質超高分子量ポリエチレン膜であって、
a)10psiで測定されたとき、4.9slpm/cm9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率;
b)15dyne/cm−25dyne/cmの範囲内の表面エネルギー;
c)メタノール水溶液において、メタノール:水80:20の比率で含まれる溶液中で測定されたとき、psi−25psiの範囲内の液体侵入圧力;及び
d)膜の一又は複数の表面にグラフトされた過フッ素化モノマー
を含む、グラフト化多孔質超高分子量ポリエチレン膜。
A grafted porous ultra high molecular weight polyethylene membrane,
a) when measured at 10psi, 4.9 slpm / cm 2 - 9.4 Air permeability in the range of slpm / cm 2;
b) a surface energy in the range of 15 dyne/cm- 25 dyne/cm;
c) a liquid entry pressure in the range of 5 psi- 25 psi when measured in a solution of methanol:water in a ratio of 80:20 in aqueous methanol; and d) on one or more surfaces of the membrane. Grafted porous ultra-high molecular weight polyethylene membrane containing grafted perfluorinated monomer.
過フッ素化モノマーが、パーフルオロ−n−アルキルアクリレート又はパーフルオロ−n−オクチルアクリレートを含む、請求項1に記載の膜。 The membrane of claim 1, wherein the perfluorinated monomer comprises perfluoro-n-alkyl acrylate or perfluoro-n-octyl acrylate. 膜がASTM F838−05により判定される細菌保持性である、請求項1に記載の膜。 The membrane of claim 1, wherein the membrane is bacteria-retentive as determined by ASTM F838-05 . ベント膜であって、
滅菌された多孔質超高分子量ポリエチレン膜を含み、多孔質超高分子量ポリエチレン膜が多孔質超高分子量ポリエチレン膜の一又は複数の表面にグラフトされた過フッ素化モノマーを含、ASTM F838−05により判定される細菌保持性であり、且つ:
a)10psiで測定されたとき、4.9slpm/cm9.4slpm/cmの範囲内の空気透過率;
b)15dyne/cm−25dyne/cmの範囲内の表面エネルギー;及び、
c)縦方向に測定されるメガパスカル単位で8MPa−12MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で0.2mm/mm−0.3mm/mmの引張歪みを有し、横方向に測定されるメガパスカル単位でMPa−MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で0.3mm/mm−0.5mm/mmの引張歪みを有する、ベント膜。
A vent membrane,
Comprise a sterile porous ultrahigh molecular weight polyethylene membrane, seen contains the perfluorinated monomers porous ultrahigh molecular weight polyethylene film is grafted to one or more surfaces of the porous ultrahigh molecular weight polyethylene membrane, ASTM F838-05 Bacterial retention as determined by:
a) when measured at 10psi, 4.9 slpm / cm 2 - 9.4 Air permeability in the range of slpm / cm 2;
b) a surface energy in the range of 15 dyne / cm- 25 dyne / cm ;及beauty,
have a tensile strain of 0.2 mm / mm- 0.3 mm / mm in tensile stress and millimeter / millimeters 8 MPa-12 MPa in megapascals measured in c) longitudinally, it is measured in the transverse direction A vent membrane having a tensile stress of 5 MPa- 8 MPa in megapascals and a tensile strain of 0.3 mm/mm- 0.5 mm/mm in millimeters/millimeters.
表面修飾多孔質超高分子量ポリエチレン膜の製造方法であって、
a)超高分子量ポリエチレン膜を、ベンゾフェノンを含むアルコール溶液と接触させる工程;
b)超高分子量ポリエチレン膜をグラフト化溶液と接触させて、
i)過フッ素化モノマー;及び
ii)デカメチルテトラシロキサン
を含む膜を表面修飾する工程;並びに
c)膜を電磁放射線に曝露する工程
を含み、
表面修飾多孔質超高分子量ポリエチレン膜が、
a)10psiで測定されたとき、4.9slpm/cm −9.4slpm/cm の範囲内の空気透過率;
b)15dyne/cm−25dyne/cmの範囲内の表面エネルギー;
c)メタノール水溶液において、メタノール:水が80:20の比率で含まれる溶液中で測定されたとき、5psi−25psiの範囲内の液体侵入圧力;及び
d)膜の一又は複数の表面にグラフトされた過フッ素化モノマー
を含む、方法。
A method for producing a surface-modified porous ultra high molecular weight polyethylene film, comprising:
a) contacting the ultra high molecular weight polyethylene membrane with an alcohol solution containing benzophenone;
b) contacting the ultra high molecular weight polyethylene membrane with a grafting solution,
a step of surface modification of a film containing and ii) decamethyl cyclotetrasiloxane;; i) perfluorinated monomers and c) film viewing including the step of exposure to electromagnetic radiation,
Surface modified porous ultra high molecular weight polyethylene membrane
a) when measured at 10 psi, the air permeability in the range of 4.9slpm / cm 2 -9.4slpm / cm 2 ;
b) a surface energy within the range of 15 dyne/cm-25 dyne/cm;
c) a liquid entry pressure within a range of 5 psi to 25 psi when measured in a solution of methanol:water in a ratio of 80:20 in an aqueous methanol solution; and
d) Perfluorinated monomers grafted on one or more surfaces of the membrane
Including the method.
超高分子量ポリエチレン膜をグラフト化溶液と接触させる工程が、縦方向に測定されるメガパスカル単位で12MPa−16MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で0.5mm/mm−0.9mm/mmの引張歪みを有する超高分子量ポリエチレン膜を伸張する工程;並びに伸張超高分子量ポリエチレン膜をグラフト化溶液と接触させる工程を含む、請求項に記載の方法。 The step of contacting the ultra high molecular weight polyethylene membrane with the grafting solution comprises a longitudinally measured tensile stress of 12 MPa- 16 MPa in megapascals and 0.5 mm/mm- 0.9 mm in millimeters/millimeters. 6. The method of claim 5 , comprising stretching an ultra high molecular weight polyethylene membrane having a tensile strain of /mm; and contacting the extended ultra high molecular weight polyethylene membrane with a grafting solution. 超高分子量ポリエチレン膜が、一軸伸張又は二軸伸張される、請求項6に記載の方法。7. The method of claim 6, wherein the ultra high molecular weight polyethylene membrane is uniaxially or biaxially stretched. 伸張超高分子量ポリエチレン膜が、方向に測定されたメガパスカル単位でMPa−8.5MPaの引張応力及びミリメートル/ミリメートル単位で1.0mm/mm−1.8mm/mmの引張歪みを有する、請求項6又は7に記載の方法。
The stretched ultra high molecular weight polyethylene membrane has a tensile stress of 6 MPa- 8.5 MPa measured in the transverse direction and a tensile strain of 1.0 mm/mm- 1.8 mm/mm in millimeter/mm. The method according to claim 6 or 7 , further comprising:
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